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特許7555843エレクトロクロミック素子、及びそれを有するレンズユニット、撮像装置
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-13
(45)【発行日】2024-09-25
(54)【発明の名称】エレクトロクロミック素子、及びそれを有するレンズユニット、撮像装置
(51)【国際特許分類】
G02F 1/15 20190101AFI20240917BHJP
G02F 1/155 20060101ALI20240917BHJP
G02B 5/00 20060101ALI20240917BHJP
G03B 11/00 20210101ALI20240917BHJP
【ＦＩ】
G02F1/15 506
G02F1/155
G02B5/00 A
G03B11/00
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2021022450
(22)【出願日】2021-02-16
(65)【公開番号】P2022124678
(43)【公開日】2022-08-26
【審査請求日】2024-01-29
(73)【特許権者】
【識別番号】000001007
【氏名又は名称】キヤノン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100110870
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 芳広
(74)【代理人】
【識別番号】100096828
【弁理士】
【氏名又は名称】渡辺 敬介
(72)【発明者】
【氏名】宮崎 和也
【審査官】山本 貴一
(56)【参考文献】
【文献】特表２００９－５２９１５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０２－０５３０３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－３２１５２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１５－５２７６１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２２４７０７（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２００７／０１４３７７４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特表２００２－５３７５８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１９８９４１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０８１２３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１２０１９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１２－５１０６４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３１３５３７（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｆ １／１５－１／１９
ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
ＪＳＴＣｈｉｎａ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
一対の電極と、前記一対の電極間に配置されたエレクトロクロミック層と、を有し、前記電極の法線方向から見た調光領域の形状が円形であるエレクトロクロミック素子であって、前記電極のシート抵抗をｒs［Ω］、抵抗をｒ［Ω］、前記調光領域の直径をＬ［ｍ］、前記一対の電極間隔をｄ［ｍ］、前記エレクトロクロミック層の抵抗率をρ［Ωｍ］、抵抗をＲ［Ω］とした時、下記式（１）で示される、前記電極と前記エレクトロクロミック層の抵抗比（ｒ／Ｒ）は、２以上２０以下であることを特徴とするエレクトロクロミック素子。
ｒ／Ｒ＝（ｒsＬ2）／（ρｄ） （１）
【請求項2】
前記抵抗比（ｒ／Ｒ）が９以上２０以下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素子。
【請求項3】
有効径比が０．７の位置での規格化透過率が０．３以上０．７５以下である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素子。
【請求項4】
有効径比が０．７の位置での規格化透過率が０．５以上０．７５以下である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素子。
【請求項5】
前記一対の電極にはそれぞれ、外周部より電圧が給電されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項6】
前記エレクトロクロミック層は、アノード性エレクトロクロミック化合物と、カソード性エレクトロクロミック化合物とを含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一個に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項7】
複数のレンズを有する撮像光学系と、前記撮像光学系に対するアポダイゼーション効果を電気的に制御する調光素子と、を有するレンズユニットであって、前記調光素子は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のエレクトロクロミック素子であることを特徴とするレンズユニット。
【請求項8】
複数のレンズを有する撮像光学系と、前記撮像光学系に対するアポダイゼーション効果を電気的に制御する調光素子と、前記撮像光学系を通過した光を受光する撮像素子と、を有する撮像装置であって、前記調光素子は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のエレクトロクロミック素子であることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、エレクトロクロミック素子と、該エレクトロクロミック素子を有するレンズユニット、撮像装置に関する。
【背景技術】
【0002】
エレクトロクロミック（以下、「ＥＣ」と表記する場合がある）素子は、一対の電極と、その電極間に配置されたＥＣ層と、を有する素子であり、一対の電極間に電圧を印加してＥＣ層内の化合物を酸化若しくは還元することによって可視光帯域の色相や光量を調整する光学素子である。
ＥＣ素子はこれまでにも航空機の可変透過率窓や自動車の防眩ミラー等の製品に応用されており、また近年では撮像装置用の絞りやシャッターの他、ＮＤフィルタやハーフＮＤフィルタ、アポダイゼーションフィルタ等への適用が試みられている。アポダイゼーションフィルタはボケ像の輪郭を滑らかにする光学素子で、光軸から離れるにつれて透過率が低下する透過率分布を有している。
特許文献１には、ＥＣ素子の素子中心において、一対の電極間を短絡する導電連結部を設けた上で素子外周部から電圧を印加することで、素子の外周部から素子の中央に向かう電圧降下を大きくし、所望の透過率分布を達成する技術が開示されている。
ＥＣ素子はこれまでにも航空機の可変透過率窓や自動車の防眩ミラー等の製品に応用されており、また近年では撮像装置用の絞りやシャッターの他、ＮＤフィルタやハーフＮＤフィルタ、アポダイゼーションフィルタ等への適用が試みられている。アポダイゼーションフィルタはボケ像の輪郭を滑らかにする光学素子で、光軸から離れるにつれて透過率が低下する透過率分布を有している。
特許文献１には、ＥＣ素子の素子中心において、一対の電極間を短絡する導電連結部を設けた上で素子外周部から電圧を印加することで、素子の外周部から素子の中央に向かう電圧降下を大きくし、所望の透過率分布を達成する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特表２００２－５３７５８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記した従来のＥＣ素子では、電極の抵抗範囲を規定することによって好ましい透過率分布を実現しているが、構成要件の設定が十分とは言えなかった。即ち、溶液型ＥＣ素子の透過率分布は、単位幅当たりの電極抵抗と溶液抵抗の抵抗比に依存し、抵抗比は具体的には電極のシート抵抗、調光領域の直径、一対の電極間の間隔、エレクトロクロミック層（溶液）の抵抗率に依存する。よって、好ましい透過率分布を実現するためには、これらを規定することが必要であった。
本発明の課題は、調光領域の外周部から給電を行う溶液型ＥＣ素子において、好適な透過率分布を実現できるＥＣ素子、さらには、レンズのメカニカル絞りの開口径に追従させて好適な透過率分布を形成できるＥＣ素子を提供することにある。また、本発明は、係るＥＣ素子を用いて、光学特性に優れたレンズユニット、撮像装置を提供することにある。
本発明の課題は、調光領域の外周部から給電を行う溶液型ＥＣ素子において、好適な透過率分布を実現できるＥＣ素子、さらには、レンズのメカニカル絞りの開口径に追従させて好適な透過率分布を形成できるＥＣ素子を提供することにある。また、本発明は、係るＥＣ素子を用いて、光学特性に優れたレンズユニット、撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の第一は、一対の電極と、前記一対の電極間に配置されたエレクトロクロミック層と、を有し、前記電極の法線方向から見た調光領域の形状が円形であるエレクトロクロミック素子であって、
前記電極のシート抵抗をｒs［Ω］、抵抗をｒ［Ω］、前記調光領域の直径をＬ［ｍ］、前記一対の電極間隔をｄ［ｍ］、前記エレクトロクロミック層の抵抗率をρ［Ωｍ］、抵抗をＲ［Ω］とした時、下記式（１）で示される、前記電極と前記エレクトロクロミック層の抵抗比（ｒ／Ｒ）は、２以上２０以下であることを特徴とする。
ｒ／Ｒ＝（ｒsＬ2）／（ρｄ） （１）
本発明の第二は、複数のレンズを有する撮像光学系と、前記撮像光学系に対するアポダイゼーション効果を電気的に制御する調光素子と、を有するレンズユニットであって、
前記調光素子は、上記本発明のエレクトロクロミック素子であることを特徴とする。
本発明の第三は、複数のレンズを有する撮像光学系と、前記撮像光学系に対するアポダイゼーション効果を電気的に制御する調光素子と、前記撮像光学系を通過した光を受光する撮像素子と、を有する撮像装置であって、
前記調光素子は、上記本発明のエレクトロクロミック素子であることを特徴とする。
前記電極のシート抵抗をｒs［Ω］、抵抗をｒ［Ω］、前記調光領域の直径をＬ［ｍ］、前記一対の電極間隔をｄ［ｍ］、前記エレクトロクロミック層の抵抗率をρ［Ωｍ］、抵抗をＲ［Ω］とした時、下記式（１）で示される、前記電極と前記エレクトロクロミック層の抵抗比（ｒ／Ｒ）は、２以上２０以下であることを特徴とする。
ｒ／Ｒ＝（ｒsＬ2）／（ρｄ） （１）
本発明の第二は、複数のレンズを有する撮像光学系と、前記撮像光学系に対するアポダイゼーション効果を電気的に制御する調光素子と、を有するレンズユニットであって、
前記調光素子は、上記本発明のエレクトロクロミック素子であることを特徴とする。
本発明の第三は、複数のレンズを有する撮像光学系と、前記撮像光学系に対するアポダイゼーション効果を電気的に制御する調光素子と、前記撮像光学系を通過した光を受光する撮像素子と、を有する撮像装置であって、
前記調光素子は、上記本発明のエレクトロクロミック素子であることを特徴とする。
【発明の効果】
【0006】
本発明によれば、電極のシート抵抗、調光領域の直径、電極間隔、エレクトロクロミック層の抵抗率から定められる電極とエレクトロクロミック層の抵抗比を規定することにより、好適な透過率分布が実現する。さらには、レンズのメカニカル絞りの開口径に追従させることにより、好適な透過率分布が実現する。よって、本発明のエレクトロクロミック素子は、可変アポダイゼーションフィルタとして好ましく用いられる。また、本発明の光学素子を用いることにより、優れたアポダイゼーション効果を有するレンズユニット、及び撮像装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】本発明のＥＣ素子の一実施形態の平面形状を示す端面模式図及び厚さ方向の端面模式図である。
【図2】電極のシート抵抗のみによって抵抗比を変えたＥＣ素子の透過率分布を示す図である。
【図3】抵抗比が９．８のＥＣ素子について電圧を上げた時の透過率分布を示す図である。
【図4】規格化透過率が０．０４５となる有効径比位置を実効口径＝１として規格化した場合のＥＣ素子の透過率分布を示す図である。
【図5】実効口径が０．７の位置における規格化透過率を電圧に関して示したグラフである。
【図6】異なる電極のシート抵抗と調光領域直径を持ちながら、同一の抵抗比を持つＥＣ素子の透過率分布を示す図である。
【図7】本発明の実施例１のＥＣ素子のバス配線への給電位置を示す端面模式図である。
【図8】本発明の実施例４のＥＣ素子のバス配線への給電位置を示す端面模式図である。
【図9】本発明のレンズユニットを有する撮像装置の実施形態の構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、図面を参照しながら本発明に係るエレクトロクロミック素子（ＥＣ素子）の構成について、好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。但し、この実施の形態に記載されている構成、相対配置等は、特に記載がない限り、本発明の範囲を限定する趣旨のものではない。
【0009】
〔ＥＣ素子〕
先ず、図１を用いて本発明のＥＣ素子の構成について説明する。図１（ａ）は本発明の一実施形態のＥＣ素子６の平面形状を、図１（ｂ）は断面形状を模式的に示す図である。図１（ａ）は図１（ｂ）のＢ－Ｂ’位置におけるＥＣ素子６の端面模式図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の素子中心を通るＡ－Ａ’位置におけるＥＣ素子６の端面模式図である。
先ず、図１を用いて本発明のＥＣ素子の構成について説明する。図１（ａ）は本発明の一実施形態のＥＣ素子６の平面形状を、図１（ｂ）は断面形状を模式的に示す図である。図１（ａ）は図１（ｂ）のＢ－Ｂ’位置におけるＥＣ素子６の端面模式図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の素子中心を通るＡ－Ａ’位置におけるＥＣ素子６の端面模式図である。
【0010】
図１に示すように、ＥＣ素子６は、一対の電極２ａ，２ｂをそれぞれ形成した一対の基板１ａ，１ｂと、上記一対の電極２ａ，２ｂとシール材４とで画定された空間に配置されたエレクトロクロミック層（ＥＣ層）５とから構成される。シール材４の外側であって、一対の透明電極２ａ，２ｂのそれぞれの外周部には、素子外部からの均一な電圧印加を補償するためのバス配線３ａ，３ｂが環状に形成される。図１（ａ）において、シール材４で囲まれる領域がＥＣ素子６の調光領域であり、電極２ａ，２ｂの法線方向から見た場合に、係る調光領域の形状は円形である。ＥＣ素子６を構成する部材について詳細に説明する。
【0011】
（ＥＣ層）
ＥＣ層５は有機溶媒にエレクトロクロミック化合物（ＥＣ化合物）を溶解させた溶液層であることが好ましく、溶液層は電解質を含んでもよい。ＥＣ層５の形成方法は、電極２ａ，２ｂの間に設けた間隙に、真空注入法、大気注入法、メニスカス法等によって予め調製したＥＣ化合物を含有する液体を注入する方法が挙げられる。
ＥＣ層５は有機溶媒にエレクトロクロミック化合物（ＥＣ化合物）を溶解させた溶液層であることが好ましく、溶液層は電解質を含んでもよい。ＥＣ層５の形成方法は、電極２ａ，２ｂの間に設けた間隙に、真空注入法、大気注入法、メニスカス法等によって予め調製したＥＣ化合物を含有する液体を注入する方法が挙げられる。
【0012】
本発明に用いられるＥＣ化合物は、酸化反応によって透明状態から着色するアノード性エレクトロクロミック化合物や還元反応によって透明状態から着色するカソード性エレクトロクロミック化合物であり、その双方を用いても構わない。また、係るＥＣ化合物としては、有機化合物であることが好ましい。アノード性ＥＣ化合物とカソード性ＥＣ化合物とを共に用いると、電流に対する着色効率が高くなり好ましい。本明細書においては、アノード性ＥＣ化合物とカソード性ＥＣ化合物の双方を有する素子を相補型ＥＣ素子と呼ぶ。アノード性ＥＣ化合物はアノード材料、カソード性ＥＣ化合物はカソード材料とも呼ばれる。また、本発明においては、酸化反応、還元反応を生じても着色しない、即ちＥＣ化合物ではないアノード性化合物やカソード性化合物を、上記ＥＣ化合物に加えて用いても構わない。
【0013】
相補型ＥＣ素子を駆動した場合、一方の電極では酸化反応によってＥＣ化合物から電子が引き抜かれ、他方の電極では還元反応によってＥＣ化合物が電子を受け取る。酸化反応によって中性分子からラジカルカチオンを生成してもよい。また、還元反応によって中性分子からラジカルアニオンを生成しても、ジカチオン分子からラジカルカチオンを生成してもよい。基板１ａ，１ｂ上の電極２ａ，２ｂの双方においてＥＣ化合物が着色するため、着色時に大きな光学濃度変化を必要とする場合は相補型ＥＣ素子を採用することが好ましい。
【0014】
有機ＥＣ化合物は、ポリチオフェンやポリアニリン等の導電性高分子、ビオロゲン系化合物、アントラキノン系化合物、オリゴチオフェン誘導体、フェナジン誘導体等の有機低分子化合物等が挙げられる。
【0015】
ＥＣ層５は、ＥＣ化合物を１種類のみ有していても、複数種類のＥＣ化合物を有していてもよい。ＥＣ層５が複数種のＥＣ化合物を含有する場合は、ＥＣ化合物の酸化還元電位の差が小さいことが好ましい。複数種類のＥＣ化合物を有する場合は、アノード性ＥＣ化合物とカソード性ＥＣ化合物とを合わせて４種類以上、或いは５種類以上のＥＣ化合物を有していてもよい。複数種類のＥＣ化合物を有する場合、複数のアノード材料の酸化還元電位は６０ｍＶ以内であってよく、複数のカソード材料の酸化還元電位は６０ｍＶ以内であってよい。複数種類のＥＣ化合物を有する場合、複数種類のＥＣ化合物は、４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下に吸収ピークを有する化合物と、５００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下に吸収ピークを有する化合物と、６５０ｎｍ以上に吸収ピークを有する化合物を含んでよい。吸収ピークは半値幅が２０ｎｍ以上のものを指す。また、光を吸収する場合の材料の状態は酸化状態であっても、還元状態であっても、中性状態であってもよい。
【0016】
ＥＣ層５が含んでいても良い電解質としては、イオン解離性の塩であり、且つ溶媒に対して良好な溶解性、固体電解質においては高い相溶性を示すものであれば限定されない。中でも電子供与性を有する電解質が好ましい。これら電解質は、支持電解質と呼ぶこともできる。電解質としては、例えば、各種のアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩等の無機イオン塩や４級アンモニウム塩や環状４級アンモニウム塩等が挙げられる。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、（ｎ－Ｃ4Ｈ9）４ＮＰＦ6、（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。
【0017】
ＥＣ化合物及び電解質を溶かす溶媒としては、ＥＣ化合物や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。具体的には水や、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、３－メトキシ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が挙げられる。
【0018】
ＥＣ層５は、さらにポリマーマトリックスやゲル化剤を含有してもよい。この場合、ＥＣ層５は粘稠性が高い液体となり、場合によってはゲル状となる。ポリマーとしては、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、プルラン系ポリマー、ポリ塩化ビニル、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、ナフィオン（登録商標）等が挙げられ、ＰＭＭＡが好ましく用いられる。
【0019】
（基板）
一対の基板１ａ，１ｂは、いずれも透明であり、例えば、無色或いは有色ガラス、強化ガラス等のガラス材が用いられる。これらガラス材としては、Ｃｏｒｎｉｎｇ社製の＃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。さらに、基板１ａ，１ｂは剛性が高く歪みを生じることが少ない材料が好ましい。尚、本発明において、透明とは可視光透過率が５０％以上の透過率である状態を示している。
一対の基板１ａ，１ｂは、いずれも透明であり、例えば、無色或いは有色ガラス、強化ガラス等のガラス材が用いられる。これらガラス材としては、Ｃｏｒｎｉｎｇ社製の＃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。さらに、基板１ａ，１ｂは剛性が高く歪みを生じることが少ない材料が好ましい。尚、本発明において、透明とは可視光透過率が５０％以上の透過率である状態を示している。
【0020】
（電極）
電極２ａ，２ｂは、いずれも透明であり、例えば、酸化インジウムスズ合金（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、酸化スズ（ＮＥＳＡ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、グラフェン等を挙げることができる。また、ドーピング処理等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（ＰＥＤＯＴ）とポリスチレンスルホン酸の錯体等も好適に用いられる。
電極２ａ，２ｂは、いずれも透明であり、例えば、酸化インジウムスズ合金（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、酸化スズ（ＮＥＳＡ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、グラフェン等を挙げることができる。また、ドーピング処理等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（ＰＥＤＯＴ）とポリスチレンスルホン酸の錯体等も好適に用いられる。
【0021】
本発明に係るＥＣ素子６は、消色状態で高い透過率を有することが好ましいため、電極２ａ，２ｂは、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＮＥＳＡ、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ、グラフェン等の透明材料が特に好ましい。これらはバルク状、微粒子状等様々な形態で使用できる。尚、これらの電極は、単独で使用してもよく、或いは複数組み合わせて使用してもよい。
【0022】
（バス配線）
バス配線３ａ，３ｂは、調光領域外からの均一な電圧印加を補償するための給電部位として形成され、低抵抗の金属材料を好適に使用することができる。例えば、銀、パラジウム、銅、アルミニウム、銀－パラジウム－銅合金（ＡＰＣ）、アルミニウム－ネオジウム合金等の薄膜等を好適に用いることができる。バス配線３ａ，３ｂは、調光領域を囲繞する環状で電極２ａ，２ｂの外周部に形成するのが好ましく、またバス配線３ａ，３ｂ内での電圧降下を防ぐために、一つのバス配線につき複数の給電部位を設置することが好ましい。例えば、それぞれのバス配線に対して給電部位を対称に４箇所設置し、給電部位が重なる配置から一方の基板のみ４５°回転させて貼合するなどして、できるだけ素子中心に対して対称なバス配線配置、及び給電部位配置をとることが好ましい。
バス配線３ａ，３ｂは、調光領域外からの均一な電圧印加を補償するための給電部位として形成され、低抵抗の金属材料を好適に使用することができる。例えば、銀、パラジウム、銅、アルミニウム、銀－パラジウム－銅合金（ＡＰＣ）、アルミニウム－ネオジウム合金等の薄膜等を好適に用いることができる。バス配線３ａ，３ｂは、調光領域を囲繞する環状で電極２ａ，２ｂの外周部に形成するのが好ましく、またバス配線３ａ，３ｂ内での電圧降下を防ぐために、一つのバス配線につき複数の給電部位を設置することが好ましい。例えば、それぞれのバス配線に対して給電部位を対称に４箇所設置し、給電部位が重なる配置から一方の基板のみ４５°回転させて貼合するなどして、できるだけ素子中心に対して対称なバス配線配置、及び給電部位配置をとることが好ましい。
【0023】
（シール材）
シール材４としては、化学的に安定で気体及び液体を透過させず、ＥＣ化合物の酸化還元反応を阻害しない材料であることが好ましい。例えば、ガラスフリット等の無機材料、エポキシ樹脂等の有機材料等が挙げられる。
本発明のＥＣ素子６は、電極２ａ，２ｂ間の距離を規定する機能を有するスペーサーを有してもよい。スペーサーの機能は、シール材４が有してもよい。スペーサーは、シリカビーズ、ガラスファイバー等の無機材料や、ポリジビニルベンゼン、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素ゴム、エポキシ樹脂等の有機材料で構成されてもよい。
シール材４としては、化学的に安定で気体及び液体を透過させず、ＥＣ化合物の酸化還元反応を阻害しない材料であることが好ましい。例えば、ガラスフリット等の無機材料、エポキシ樹脂等の有機材料等が挙げられる。
本発明のＥＣ素子６は、電極２ａ，２ｂ間の距離を規定する機能を有するスペーサーを有してもよい。スペーサーの機能は、シール材４が有してもよい。スペーサーは、シリカビーズ、ガラスファイバー等の無機材料や、ポリジビニルベンゼン、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素ゴム、エポキシ樹脂等の有機材料で構成されてもよい。
【0024】
〔電極とＥＣ層との抵抗比〕
次に、本発明の特徴である電極抵抗ｒとＥＣ層の抵抗Ｒとの比（ｒ／Ｒ）について説明する。先ず、調光領域の直径Ｌ［ｍ］（図１（ｂ）参照）における単位幅Δｗ［ｍ］当たりの電極抵抗ｒ［Ω］は、シート抵抗ｒs［Ω］を用いて、
ｒ＝（Ｌ／Δｗ）ｒs
と表すことができる。
次に、本発明の特徴である電極抵抗ｒとＥＣ層の抵抗Ｒとの比（ｒ／Ｒ）について説明する。先ず、調光領域の直径Ｌ［ｍ］（図１（ｂ）参照）における単位幅Δｗ［ｍ］当たりの電極抵抗ｒ［Ω］は、シート抵抗ｒs［Ω］を用いて、
ｒ＝（Ｌ／Δｗ）ｒs
と表すことができる。
【0025】
また、調光領域の直径Ｌ［ｍ］における単位幅Δｗ［ｍ］当たりの厚み方向のＥＣ層の抵抗Ｒ［Ω］は、ＥＣ層の抵抗率ρ［Ωｍ］、一対の電極間隔ｄ［ｍ］（図１（ｂ）参照）を用いて、
Ｒ＝（ｄ／（ΔｗＬ））ρ
と表すことができる。従って、抵抗比（ｒ／Ｒ）は
ｒ／Ｒ＝（ｒsＬ2）／（ρｄ） （１）
となり、独立な４つのパラメータを用いて表される。
Ｒ＝（ｄ／（ΔｗＬ））ρ
と表すことができる。従って、抵抗比（ｒ／Ｒ）は
ｒ／Ｒ＝（ｒsＬ2）／（ρｄ） （１）
となり、独立な４つのパラメータを用いて表される。
【0026】
ここで、ＥＣ層の抵抗率ρについて説明する。ＥＣ層の抵抗は、電気化学的な反応を伴わない溶液抵抗と、ＥＣ化合物分子と電極との電荷移動反応に関わる電荷移動抵抗、及びＥＣ層中のＥＣ化合物分子の拡散に関わる拡散抵抗の三つの抵抗成分の和として表される。これらの三つの抵抗成分は、ＥＣ材料の濃度や溶媒、増粘剤等の添加物によって大きく変わるが、ＥＣ素子の交流インピーダンス解析を行うことによって容易に定めることができる。
【0027】
図２に、式（１）の４つのパラメータのうち、電極のシート抵抗ｒsのみ変えることによって、抵抗比（ｒ／Ｒ）を１．６乃至２２．９の間で変えた時の透過率分布を示した。ここで、透過率（Ｔ）はＥＣ素子の中心値の透過率（Ｔ0）を１として規格化した規格化透過率（Ｔ／Ｔ0）とし、有効径比Φ＝１．０位置において規格化透過率（Ｔ／Ｔ0）＝０．０４５（素子中心に対して４．５段分の減光に相当）となる条件を付与している。この時、設定した４つのパラメータと抵抗比値を表１に示した。
【0028】
【表1】
【0029】
抵抗比（ｒ／Ｒ）が小さくなるとともに、中間の有効径比位置における透過率が低下することが分かる。このようにして得られた透過率分布を用いて画像シミュレーションを行ったところ、抵抗比が小さくなると共に輪郭は大きくボケるものの、ボケ像は小さくなってしまうことが分かった。
【0030】
抵抗比（ｒ／Ｒ）＝２２．９（シート抵抗ｒs＝１４０Ω）ではボケ像の大きさは十分なものの、グラデーション効果が小さく、アポダイゼーションフィルタとして好ましいとは言えない。また抵抗比（ｒ／Ｒ）＝１．６（シート抵抗ｒs＝１０Ω）ではボケ像のグラデーション効果は大きいものの、像が小さくなり過ぎ、アポダイゼーションフィルタとしては好ましくない。従って、アポダイゼーションフィルタとして好適な透過率分布を実現できる抵抗比（ｒ／Ｒ）の範囲は２以上２０以下であると言える。さらに、これを有効径比Φ＝０．７位置での規格化透過率（Ｔ／Ｔ0）の好適な範囲に換算すると、０．３以上０．７５以下、望ましくは０．５以上０．７５以下になる。ここで、有効径比Φ＝０．７位置は、抵抗比（ｒ／Ｒ）を変えた時の規格化透過率（Ｔ／Ｔ0）の変化が最大に近い位置になっている。
【0031】
〔口径変化への対応〕
次に、好適な抵抗比範囲にあるＥＣ素子（表１の（ｒ／Ｒ）＝９．８なる素子）に関して、メカニカル絞りに追従させるために印加する電圧を上げた時も、ＥＣ素子の実効的な口径で規格化すれば好適な透過率分布の範囲に収めることができることについて説明する。
次に、好適な抵抗比範囲にあるＥＣ素子（表１の（ｒ／Ｒ）＝９．８なる素子）に関して、メカニカル絞りに追従させるために印加する電圧を上げた時も、ＥＣ素子の実効的な口径で規格化すれば好適な透過率分布の範囲に収めることができることについて説明する。
【0032】
図３は、抵抗比９．８のＥＣ素子（シート抵抗ｒs＝６０Ω）について印加電圧を上げた時の透過率分布である。電圧を上げると実効的な口径が徐々に狭まることが分かる。そこで、各電圧のプロットについて規格化透過率（Ｔ／Ｔ0）＝０．０４５となる有効径比Φ0.045を実効口径（Φ／Φ0.045）＝１としてそれぞれ規格化した透過率分布を図４に示した。電圧を上げると中間位置での透過率が徐々に低下していることが分かる。
【0033】
そこで、図５に実効口径（Φ／Φ0.045）＝０．７位置における規格化透過率（Ｔ／Ｔ0）を電圧に関してプロットしたものを示した。プロットの上下にある破線は好適な抵抗比（ｒ／Ｒ）の範囲２以上２０以下に対応する、好適な規格化透過率（Ｔ／Ｔ0）の範囲の下限０．３と上限０．７５を示している。また、表２には各電圧におけるパラメータ設定と、実効口径（Φ／Φ0.045）＝０．７位置における規格化透過率（Ｔ／Ｔ0）を示した。電圧と共に規格化透過率（Ｔ／Ｔ0）が略線形に低下していくものの、好適な規格化透過率（Ｔ／Ｔ0）の範囲である０．３以上０．７５以下の範囲にあることが見て取れる。
【0034】
電圧を０．７Ｖから１．４Ｖまで電圧を上げることによって、実効的な口径は図３に示したように有効径比Φ＝０．７程度まで（絞り１段分の口径変化に対応）小さくなるが、その場合においても実効口径（Φ／Φ0.045）から見れば好適な透過率分布の範囲にあることになる。
この１段分の絞り変化に対応する、中間位置での透過率低下は０．１８であり、好適な透過率の範囲の幅は０．４５であることから、抵抗比（ｒ／Ｒ）を範囲上限近くに設定しておけば、２段分以上の絞り変化に追従させることが可能である。そこで、可変アポダイゼーションフィルタとして好適な透過率分布を実現できる抵抗比（ｒ／Ｒ）の、さらに好適な範囲としては９以上２０以下となる。
この１段分の絞り変化に対応する、中間位置での透過率低下は０．１８であり、好適な透過率の範囲の幅は０．４５であることから、抵抗比（ｒ／Ｒ）を範囲上限近くに設定しておけば、２段分以上の絞り変化に追従させることが可能である。そこで、可変アポダイゼーションフィルタとして好適な透過率分布を実現できる抵抗比（ｒ／Ｒ）の、さらに好適な範囲としては９以上２０以下となる。
【0035】
【表2】
【0036】
〔各パラメータ設定〕
次に、好適な抵抗比（ｒ／Ｒ）を有するＥＣ素子に関して、電極のシート抵抗ｒsと調光領域の直径Ｌを同時に変化させた場合でも、抵抗比（ｒ／Ｒ）さえ同じであれば同じ透過率分布を形成することについて説明する。
表３には、設定した４つのパラメータと抵抗比（ｒ／Ｒ）、及び有効径比Φ＝０．７位置における規格化透過率（Ｔ／Ｔ0）を示した。
次に、好適な抵抗比（ｒ／Ｒ）を有するＥＣ素子に関して、電極のシート抵抗ｒsと調光領域の直径Ｌを同時に変化させた場合でも、抵抗比（ｒ／Ｒ）さえ同じであれば同じ透過率分布を形成することについて説明する。
表３には、設定した４つのパラメータと抵抗比（ｒ／Ｒ）、及び有効径比Φ＝０．７位置における規格化透過率（Ｔ／Ｔ0）を示した。
【0037】
【表3】
【0038】
図６に、異なる電極のシート抵抗ｒsと調光領域直径Ｌを持ちながら、同一の抵抗比（ｒ／Ｒ）＝９．８を持つ表３の３つのＥＣ素子の透過率分布を示した。電極抵抗ｒや調光領域直径Ｌに依らず、抵抗比（ｒ／Ｒ）が同一であれば同一の透過率分布が形成されていることが分かる。
【0039】
〔ＥＣ素子の用途〕
本発明のＥＣ素子はアポダイゼーション効果を電気的に制御する調光素子として用いられる。具体的には、可変アポダイゼーションフィルタとして、レンズユニット、及び撮像装置に適用することができる。
本発明のＥＣ素子はアポダイゼーション効果を電気的に制御する調光素子として用いられる。具体的には、可変アポダイゼーションフィルタとして、レンズユニット、及び撮像装置に適用することができる。
【0040】
（レンズユニット及び撮像装置）
図９は本発明のＥＣ素子６を適用したレンズユニット１１を有する撮像装置１０である。レンズユニット１１はマウント部材を介して撮像ユニット１２に着脱可能に接続されている。本発明のＥＣ素子６はレンズユニット１１側、特に撮像光学系２０中に組み込まれることが多いため、そのような意味ではレンズユニット１１と撮像ユニット１２が着脱可能な場合にはレンズユニット、着脱不可の場合には撮像装置ということになる。
図９は本発明のＥＣ素子６を適用したレンズユニット１１を有する撮像装置１０である。レンズユニット１１はマウント部材を介して撮像ユニット１２に着脱可能に接続されている。本発明のＥＣ素子６はレンズユニット１１側、特に撮像光学系２０中に組み込まれることが多いため、そのような意味ではレンズユニット１１と撮像ユニット１２が着脱可能な場合にはレンズユニット、着脱不可の場合には撮像装置ということになる。
【0041】
レンズユニット１１中の撮像光学系２０は複数のレンズ群を有して構成される。本明細書において、レンズ群とはフォーカシングに際して一体的に移動又は静止するレンズのまとまりであり、無限遠から近距離へのフォーカシングに際して連接するレンズ群同士の間隔は変化する。尚、レンズ群は一枚のレンズから構成されても良いし、複数のレンズからなっていても良い。
【0042】
撮像光学系２０はメカニカル絞り１３とＥＣ素子６とを有しており、これらは不図示の制御部からの入力信号に応じて動作する。また、撮像光学系２０は、正の屈折率を有する第１レンズ群２１、負の屈折率を有する第２レンズ群２２、正の屈折率を有する第３レンズ群２３から構成される３群構成をとっている。そして、第９面がメカニカル絞り１３、第１０面及び第１１面がそれぞれＥＣ素子６の入射面及び出射面となるように、即ちメカニカル絞り１３の像側に隣接して配置される構成となっている。撮像装置１０では、負の屈折率を有する第２レンズ群２２を像側に移動させることでフォーカシングが行われる。図９において、ＥＣ素子６はメカニカル絞り１３に隣接して一つのＥＣ素子を配置した例であるが、レンズ構成によっては複数のＥＣ素子６を任意の最適位置に配置することもできる。
【0043】
レンズユニット１１を通過した光は、撮像ユニット１２に至り、不図示の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を経て撮像素子１４で受光される。撮像素子１４は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等を使用することができる。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、光の強度或いは波長の情報を取得し出力するものを利用することが可能である。
【0044】
図９のように、レンズユニット１１に本発明のＥＣ素子６が組み込まれている場合、素子の駆動手段はレンズユニット１１内に配置されても、レンズユニット１１外の撮像ユニット１２内等に配置されても良い。レンズユニット１１外に配置される場合は、配線を通してレンズユニット１１内のＥＣ素子と駆動手段とを接続し、駆動制御が行われる。
【0045】
以上のようなレンズユニットは、種々の撮像装置、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等に適用可能であり、また携帯電話やスマートフォン、ＰＣ、タブレット等の撮像装置を内蔵する製品にも適用することが可能である。
【実施例】
【0046】
（実施例１）
図１の構成を有し、調光領域が直径Ｌ＝４６ｍｍの円形状のＥＣ素子を作製した。一対の透明電極２ａ，２ｂのシート抵抗ｒs＝６０Ω、電極間隔ｄ＝３０μｍ、ＥＣ層５の抵抗率ρ＝４３０．８８Ωｍ、従って式（１）から求められる抵抗比（ｒ／Ｒ）＝９．８とした例である。一対の透明電極基板間を貼合するシール材４には熱硬化性エポキシ樹脂を用い、これに直径３０μｍのギャップ制御粒子を混練することによって電極間隔を規定した。貼合後のシール材４の幅は約１．０ｍｍであった。
図１の構成を有し、調光領域が直径Ｌ＝４６ｍｍの円形状のＥＣ素子を作製した。一対の透明電極２ａ，２ｂのシート抵抗ｒs＝６０Ω、電極間隔ｄ＝３０μｍ、ＥＣ層５の抵抗率ρ＝４３０．８８Ωｍ、従って式（１）から求められる抵抗比（ｒ／Ｒ）＝９．８とした例である。一対の透明電極基板間を貼合するシール材４には熱硬化性エポキシ樹脂を用い、これに直径３０μｍのギャップ制御粒子を混練することによって電極間隔を規定した。貼合後のシール材４の幅は約１．０ｍｍであった。
【0047】
シール材４の外側の電極２ａ，２ｂ上には円形状の調光領域、及びシール材４を囲繞する形で一対のバス配線３ａ，３ｂを配置した。バス配線３ａ，３ｂはスパッタ法により膜厚１．２μｍ、幅２．０ｍｍの銀薄膜（シート抵抗＝１４ｍΩ）を形成した。一対のバス配線３ａ，３ｂ上の給電部位はそれぞれ３箇所とし、バス配線３ａと３ｂとで６０°おきに交互に配置した。図７に、本実施例のＥＣ素子の給電位置を示す。図７は、図１（ａ）と同じ位置の端面模式図であり、図中、７ｂが電極２ｂ上に形成されたバス配線３ｂへの給電位置であり、７ａが電極２ａ（不図示）上に形成されたバス配線３ａ（不図示）への給電位置である。
【0048】
以上の構成を有するＥＣ素子に０．７Ｖ乃至１．４Ｖの定電圧を印加したところ、図３に示した通りの規格化透過率分布を示した。この時、実効的な口径（有効径比Φ0.045）で換算した規格化透過率分布は図４の通りになり、好ましい透過率分布に収めることができた。
また、この時、実効的な口径は約７０％まで縮小することになり、メカニカル絞り約１段分の口径変化に追従して好適な透過率分布を維持しながら動作させることが可能であった。
また、この時、実効的な口径は約７０％まで縮小することになり、メカニカル絞り約１段分の口径変化に追従して好適な透過率分布を維持しながら動作させることが可能であった。
【0049】
（実施例２）
透明電極２ａ，２ｂのシート抵抗ｒs＝２０Ωとし、抵抗比（ｒ／Ｒ）＝３．３とした以外は実施例１と同じ構成のＥＣ素子を作製した。
本例のＥＣ素子に０．７Ｖの定電圧を印加したところ、図２の「ｒ／Ｒ＝３．３」の曲線で示される通りの規格化透過率分布を示した。
透明電極２ａ，２ｂのシート抵抗ｒs＝２０Ωとし、抵抗比（ｒ／Ｒ）＝３．３とした以外は実施例１と同じ構成のＥＣ素子を作製した。
本例のＥＣ素子に０．７Ｖの定電圧を印加したところ、図２の「ｒ／Ｒ＝３．３」の曲線で示される通りの規格化透過率分布を示した。
【0050】
（実施例３）
透明電極２ａ，２ｂのシート抵抗ｒs＝１２０Ωとした以外は実施例１と同じ構成のＥＣ素子を作製した。抵抗比（ｒ／Ｒ）＝１９．６である。
本例のＥＣ素子に０．７Ｖ乃至２．０Ｖの定電圧を印加したところ、実効的な口径は有効径比Φ＝０．５程度まで小さくなると共に、実効的な口径（有効径比Φ0.045）で換算した規格化透過率分布は好適な透過率分布の範囲に収めることができた。即ち、メカニカル絞り約２段分の口径変化に追従して好適な透過率分布を維持しながら動作させることが可能であった。
透明電極２ａ，２ｂのシート抵抗ｒs＝１２０Ωとした以外は実施例１と同じ構成のＥＣ素子を作製した。抵抗比（ｒ／Ｒ）＝１９．６である。
本例のＥＣ素子に０．７Ｖ乃至２．０Ｖの定電圧を印加したところ、実効的な口径は有効径比Φ＝０．５程度まで小さくなると共に、実効的な口径（有効径比Φ0.045）で換算した規格化透過率分布は好適な透過率分布の範囲に収めることができた。即ち、メカニカル絞り約２段分の口径変化に追従して好適な透過率分布を維持しながら動作させることが可能であった。
【0051】
（実施例４）
調光領域の直径Ｌ＝７２ｍｍ、透明電極２ａ，２ｂのシート抵抗ｒs＝２４．５Ωとし、抵抗比（ｒ／Ｒ）＝９．８とし、バス配線３ａ，３ｂと、該バス配線３ａ，３ｂへの給電位置を変更した以外は実施例１と同様の構成のＥＣ素子を作製した。バス配線３ａ，３ｂは、スパッタ法により膜厚１．５μｍ、幅２．０ｍｍの銀薄膜（シート抵抗＝１１ｍΩ）を形成した。また、図８に示すように、バス配線３ａ，３ｂへの給電位置７ａ，７ｂは、それぞれ４箇所とし、バス配線３ａと３ｂとで４５°おきに交互に配置した。尚、図８は図１（ａ）と同じ位置の端面模式図である。
調光領域の直径Ｌ＝７２ｍｍ、透明電極２ａ，２ｂのシート抵抗ｒs＝２４．５Ωとし、抵抗比（ｒ／Ｒ）＝９．８とし、バス配線３ａ，３ｂと、該バス配線３ａ，３ｂへの給電位置を変更した以外は実施例１と同様の構成のＥＣ素子を作製した。バス配線３ａ，３ｂは、スパッタ法により膜厚１．５μｍ、幅２．０ｍｍの銀薄膜（シート抵抗＝１１ｍΩ）を形成した。また、図８に示すように、バス配線３ａ，３ｂへの給電位置７ａ，７ｂは、それぞれ４箇所とし、バス配線３ａと３ｂとで４５°おきに交互に配置した。尚、図８は図１（ａ）と同じ位置の端面模式図である。
【0052】
本例のＥＣ素子に０．７Ｖの定電圧を印加したところ、図６の「ｒs＝２４．５Ω，Ｌ＝７２ｍｍ」の曲線で示される通り、実施例１（ｒs＝６０Ω，Ｌ＝４６ｍｍ）と略同一の透過率分布となった。また、電圧をさらに上げて１．４Ｖまでの定電圧を印加したところ、実効的な口径は有効径比Φ＝０．７程度まで小さくなると共に、実効的な口径（有効径比Φ0.045）で換算した規格化透過率分布は好適な透過率分布の範囲に収めることができた。即ち、メカニカル絞り約１段分の口径変化に追従して好適な透過率分布を維持しながら動作させることが可能であった。
【0053】
（実施例５）
調光領域の直径Ｌ＝３０ｍｍ、透明電極２ａ，２ｂのシート抵抗ｒs＝１４１Ωとし、抵抗比（ｒ／Ｒ）＝９．８とした以外は実施例１と同じ構成のＥＣ素子を作製した。
本例のＥＣ素子に０．７５Ｖの定電圧を印加したところ、図６の「ｒs＝１４１Ω，Ｌ＝３０ｍｍ」の曲線で示される通り、実施例１（ｒs＝６０Ω，Ｌ＝４６ｍｍ）と略同一の透過率分布となった。また、電圧をさらに上げて１．５Ｖまでの定電圧を印加したところ、実効的な口径は有効径比０．７程度まで小さくなると共に、実効的な口径（有効径比Φ0.045）で換算した規格化透過率分布は好適な透過率分布の範囲に収めることができた。即ち、メカニカル絞り約１段分の口径変化に追従して好適な透過率分布を維持しながら動作させることが可能であった。
調光領域の直径Ｌ＝３０ｍｍ、透明電極２ａ，２ｂのシート抵抗ｒs＝１４１Ωとし、抵抗比（ｒ／Ｒ）＝９．８とした以外は実施例１と同じ構成のＥＣ素子を作製した。
本例のＥＣ素子に０．７５Ｖの定電圧を印加したところ、図６の「ｒs＝１４１Ω，Ｌ＝３０ｍｍ」の曲線で示される通り、実施例１（ｒs＝６０Ω，Ｌ＝４６ｍｍ）と略同一の透過率分布となった。また、電圧をさらに上げて１．５Ｖまでの定電圧を印加したところ、実効的な口径は有効径比０．７程度まで小さくなると共に、実効的な口径（有効径比Φ0.045）で換算した規格化透過率分布は好適な透過率分布の範囲に収めることができた。即ち、メカニカル絞り約１段分の口径変化に追従して好適な透過率分布を維持しながら動作させることが可能であった。
【符号の説明】
【0054】
２ａ，２ｂ：電極、５：エレクトロクロミック層、６：エレクトロクロミック素子、１０：撮像装置、１１：レンズユニット、１４：撮像素子、２０：撮像光学系
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】