撮像デバイスおよび撮像装置
【課題】実効的な開口率を柔軟に制御すること。
【解決手段】撮像デバイスは、屈折率が互いに異なる第１液体と第２液体との界面によりそれぞれ形成された複数の光学要素と、複数の光学要素にそれぞれ対応して設けられ、対応する光学要素を通じて被写体光を受光する光受口部を持つ複数の受光素子と、複数の界面の形状を制御することにより、複数の受光素子の実効的な開口率を制御する制御部とを備える。制御部は、複数の受光素子により撮像される画像の画質に基づいて、複数の受光素子の実効的な開口率を制御すべく界面の形状を制御する。
【解決手段】撮像デバイスは、屈折率が互いに異なる第１液体と第２液体との界面によりそれぞれ形成された複数の光学要素と、複数の光学要素にそれぞれ対応して設けられ、対応する光学要素を通じて被写体光を受光する光受口部を持つ複数の受光素子と、複数の界面の形状を制御することにより、複数の受光素子の実効的な開口率を制御する制御部とを備える。制御部は、複数の受光素子により撮像される画像の画質に基づいて、複数の受光素子の実効的な開口率を制御すべく界面の形状を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像デバイスおよび撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロレンズアレーを備えるカメラの光量調節器が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、エレクトロウエッティング現象を利用したレンズが知られている（例えば、特許文献２および３参照。）。また、オンチップレンズとフォトダイオードを備えた固体撮像装置が知られている（例えば、特許文献４参照。）。
特許文献１ 特開平８−１１１８００号公報
特許文献２ 特開２００３−１７７２１９号公報
特許文献３ 特開２０００−３５６７５０号公報
特許文献４ 特開２００７−１７３２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
実効的な開口率を柔軟に制御することができないという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、撮像デバイスであって、屈折率が互いに異なる第１液体と第２液体との界面によりそれぞれ形成された複数の光学要素と、複数の光学要素にそれぞれ対応して設けられ、対応する光学要素を通じて被写体光を受光する光受口部を持つ複数の受光素子と、複数の界面の形状を制御することにより、複数の受光素子の実効的な開口率を制御する制御部とを備える。
【０００５】
制御部は、複数の受光素子により撮像される画像の画質に基づいて、複数の受光素子の実効的な開口率を制御すべく界面の形状を制御してよい。制御部は、画像がより暗い場合に、複数の受光素子の実効的な開口率をより高めるべく界面の形状を制御してよい。
【０００６】
制御部は、画像内の第１像領域よりも第２像領域が暗い場合に、第２像領域の像を形成する複数の受光素子の実効的な開口率を、第１像領域の像を形成する複数の受光素子の実効的な開口率よりも高めるべく、第１像領域に対応する界面と第２像領域に対応する界面とを異なる形状に制御してよい。制御部は、画像がより強いエリアジング信号を含む場合に、複数の受光素子の実効的な開口率をより高めるべく界面の形状を制御してよい。
【０００７】
制御部は、画像内の第１像領域よりも第２像領域がより強いエリアジング信号を含む場合に、第２像領域の像を形成する複数の受光素子の実効的な開口率を、第１像領域の像を形成する複数の受光素子の実効的な開口率よりも高めるべく、第１像領域に対応する界面と第２像領域に対応する界面とを異なる形状に制御してよい。
【０００８】
制御部は、複数の受光素子の露光期間中に、界面の形状を異なる形状に変化させてよい。
【０００９】
第１液体および第２液体を内部に保持するハウジングと、ハウジングの内部を、第１液体が充填される第１液体領域と第２液体が充填される第２液体領域とに分割する仕切板とをさらに備え、仕切板には、複数の光受口部のそれぞれに対応して貫通孔が形成され、複数の光学要素は、複数の貫通孔のそれぞれにおける第１液体と第２液体との界面によって形成され、制御部は、第１液体を保持する領域の内圧を制御することにより、複数の界面の形状を制御してよい。
【００１０】
貫通孔をそれぞれ複数持つ複数の小領域に第１液体領域を分割する隔壁をさらに備え、撮像デバイスは、複数の小領域のそれぞれに対応して設けられ、対応する小領域に充填される第１液体の内圧を一括して制御する複数の内圧制御部をさらに備えてよい。
【００１１】
複数の光学要素はそれぞれ、界面がレンズ状に制御され得るレンズ要素であり、制御部は、界面の形状を制御して複数の光学要素の屈折力を制御することにより、複数の受光素子の実効的な開口率を制御してよい。
【００１２】
制御部は、界面の形状を、光受口部より像側に焦点を結ぶ第１の屈折力を持つ形状と、第１の屈折力よりも小さい第２の屈折力を持つ形状とに切り替えることにより、複数の受光素子の実効的な開口率が高い状態と複数の受光素子の実効的な開口率が低い状態とに切り替えてよい。
【００１３】
制御部は、界面の形状を、光受口部より像側に焦点を結ぶ形状と、光受口部より物体側に焦点を結ぶ屈折力を持つ形状との間で切り替えることにより、複数の受光素子の実効的な開口率が高い状態と複数の受光素子の実効的な開口率が低い状態とに切り替えてよい。
【００１４】
本発明の第２の態様においては、被写体を撮像する撮像装置であって、上記撮像デバイスと、複数の受光素子に被写体光を結像する結像レンズ系とを備える。
【００１５】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】撮像装置１０のブロック構成の一例を模式的に示す図である。
【図２】受光素子１６２の配列の一例を模式的に示す図である。
【図３】光学伝達関数の開口率依存性の一例を示す図である。
【図４】受光素子１６２の実効的な開口率を説明する模式図である。
【図５】マイクロレンズ部１５０および受光部１６０の構成の一例を模式的に示す図である。
【図６】像領域の分割例を模式的に示す図である。
【図７】像領域の他の分割例を模式的に示す図である。
【図８】制御部１８０による制御内容の組み合わせをテーブル形式で示す図である。
【図９】制御部１８０による他の制御例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１８】
図１は、撮像装置１０のブロック構成の一例を模式的に示す。本実施形態に係る撮像装置１０は、受光素子の実効的に開口率を柔軟に制御することを目的とする。撮像装置１０は、レンズ１１０、絞り部１２０、マイクロレンズ部１５０、受光部１６０、画像処理部１７０、制御部１８０および画像記録部１９０を備える。撮像装置１０は、カメラ機能付き携帯電話端末、デジタルカメラなどの撮像機器であってよい。撮像装置１０が備える機能ブロックのうち、レンズ１１０、絞り部１２０、マイクロレンズ部１５０、受光部１６０、画像処理部１７０および制御部１８０を備える機能ブロックは、撮像装置１０用の撮像デバイスとして提供されてよい。撮像デバイスは、撮像機器に組み込まれる撮像モジュールであってよい。
【００１９】
レンズ１１０は、被写体からの光を結像する結像レンズである。レンズ１１０を通過した被写体光のうち、絞り部１２０およびマイクロレンズ部１５０を通過した光が、受光部１６０によって受光される。絞り部１２０は、レンズ１１０を含む撮像装置１０の結像レンズ系を通過する光の量を調整する。ここではレンズ１１０を図示したが、撮像装置１０は複数のレンズを備えてよい。
【００２０】
マイクロレンズ部１５０は、複数のマイクロレンズ１５２ａ〜ｄを含む。マイクロレンズ１５２ａ〜ｄは、それぞれ液体界面によって形成される。複数のマイクロレンズ１５２ａ〜ｄはそれぞれ、液体界面がレンズ状に制御され得るレンズ要素であり、液体界面の形状が制御され得る光学要素の一例である。なお、マイクロレンズ１５２ａ〜ｄは、後述する二液体間の界面で形成されるレンズ要素の他に、エレクトロウエッティング現象を利用して形成されるレンズ要素であってもよい。
【００２１】
受光部１６０は、複数の受光素子１６２ａ〜ｄを有する。本図では、説明を分かり易くするために、４の受光素子１６２ａ〜ｄおよび４のマイクロレンズ１５２ａ〜ｄを図示しているが、これらの光学要素をそれぞれ４しか有さないことを示しているわけではない。撮像装置１０は、被写体を撮像すべく任意の数の光学要素を有することはいうまでもない。複数のマイクロレンズ１５２ａ〜ｄを、マイクロレンズ１５２または複数のマイクロレンズ１５２と総称する場合がある。また、複数の受光素子１６２ａ〜ｄを、受光素子１６２または複数の受光素子１６２と総称する場合がある。他の部材も同様に、符号の添え字を省略することで部材を総称する場合がある。
【００２２】
複数の受光素子１６２は、ＭＯＳ型撮像素子を形成してよい。複数の受光素子１６２は、ＭＯＳ型撮像素子の他、ＣＣＤ型撮像素子などの固体撮像素子を形成してよい。
【００２３】
複数のマイクロレンズ１５２は、レンズ１１０を通過した被写体光を、対応する受光素子１６２にそれぞれ受光させる。具体的には、複数のマイクロレンズ１５２は、レンズ１１０により結像された被写体光をそれぞれ再結像して、対応する受光素子１６２にそれぞれ受光させる。このように、複数の受光素子１６２は、複数のマイクロレンズ１５２にそれぞれ対応して設けられ、対応するマイクロレンズ１５２を通じて被写体光を受光する。
【００２４】
マイクロレンズ１５２は、レンズとして機能する光学面の形状を可変に調整することができる光学要素である。一例として、マイクロレンズ１５２は、屈折率が互いに異なる液体の境界によりそれぞれ形成される。液体界面の形状が制御されることで、マイクロレンズ１５２としての光学面の形状が制御される。本図では、マイクロレンズ１５２が大きい屈折力を持つ状態を実線で模式的に示しており、マイクロレンズ１５２が小さい屈折力を持つ状態を破線で模式的に示した。
【００２５】
本例において、マイクロレンズ１５２は、本図の破線で示した状態よりも実線で示した状態でより高い集光力を持ち、受光素子１６２の周囲のより広い範囲に到達した光を受光素子１６２に集光する。したがって、本図の実線の状態で撮像することで、受光素子１６２の受光量を高めることができ、明るくＳＮ比の高い画像を撮像することができる。一方、本図の破線の状態で撮像することで、受光素子１６２のごく近傍に到達した光を利用して撮像することができる。このため、解像力の高い画像を提供することができる。制御部１８０は、複数の受光素子１６２により撮像される画像の画質に応じてマイクロレンズ１５２の形状を制御することで、高い画質の画像を撮像させる。また、制御部１８０は、マイクロレンズ１５２の形状制御に加えて、絞り部１２０を制御することができる。制御部１８０は、受光素子１６２により撮像される画像の画質に応じて絞り部１２０の開口を制御して絞り量を制御してよい。
【００２６】
受光素子１６２は、受光量に応じた強度の撮像信号を、画像処理部１７０に出力する。画像処理部１７０は、受光素子１６２から供給された撮像信号から、画像信号を生成する。画像処理部１７０は、制御部１８０による制御内容に基づき撮像信号に対して画像処理を施して画像信号を生成してよい。例えば、画像処理部１７０は、制御部１８０により制御されたマイクロレンズ１５２の形状に応じて明るさ補正などの画像処理を施してよい。
【００２７】
画像記録部１９０は、画像処理部１７０が生成した画像信号を取得して、画像データとして記録する。画像記録部１９０は、不揮発性メモリに当該画像データを記録してよい。当該不揮発性メモリは、画像記録部１９０が有してよい。また、当該不揮発性メモリは、撮像装置１０に対して着脱可能に設けられた外部メモリであってもよい。画像記録部１９０は、撮像装置１０の外部に画像データを出力してもよい。画像処理部１７０が生成した画像信号によって示される画像、画像記録部１９０が記録する画像データが示される画像を、単に画像と呼ぶ場合がある。
【００２８】
図２は、受光素子１６２の２次元配列の一例を模式的に示す。本図は、物体側から見た受光部１６０の配列を示す。受光素子１６２は、それぞれ被写体光を受け入れる受光開口２００を持つ。被写体光のうち受光開口２００以外の領域に入射した光は、受光素子１６２によって受光されない。例えば、受光開口２００以外の領域に入射した光は、受光素子１６２が持つ光電変換部に入射しない。
【００２９】
各受光素子１６２はマトリクス状に配置されており、受光開口２００もマトリクス状に形成される。ここで、受光開口２００がピッチ幅Ｐで配列され、受光開口２００の面積をＳとすれば、受光素子１６２の開口率はＳ／Ｐ２で定義することができる。例えば、受光開口２００が一辺の幅ｗの正方形の形状を有する場合、受光素子１６２の開口率はｗ２／Ｐ２で与えられる。撮像装置１０によると、制御部１８０によるマイクロレンズ１５２の屈折力制御により、幅ｗの実効的な値が制御される。これにより、受光素子１６２の開口率が実効的に制御される。
【００３０】
図３は、光学伝達関数の開口率依存性の一例を示す。本図は、受光部自体における規格化された空間周波数応答を示す。光学応答２１０は、開口率が１００％の場合における空間周波数応答を示す。光学応答２２０は、開口率が５０％の場合における空間周波数応答を示す。開口率が大きくなるほど各サンプルポイントの面積が大きくなるので、画像は平滑化される。このため、開口率が大きくなるほど、高空間周波領域で光学伝達関数がより大きく低下する。
【００３１】
図４は、マイクロレンズ１５２の形状変化による実効的な開口率の変化を説明する模式図を示す。本図では、状態Ｉ〜Ｖの５つの状態におけるマイクロレンズ１５２の形状を模式的に示す。
【００３２】
マイクロレンズ１５２を形成する液体は、仕切板４４０によって物体側と像側とに分けられる。マイクロレンズ１５２を形成する液体界面は、仕切板４４０が形成されていない場所で形成される。受光素子１６２は、マイクロレンズ１５２を通じて被写体光を受光する光受口部４２０を持つ。光受口部４２０は、マイクロレンズ１５２が形成される位置に対応してそれぞれ設けられる。光受口部４２０により物理的な受光開口が画定される。ここでは、光受口部４２０は、一辺がｗ０の正方形の形状を持つとする。この場合、受光素子１６２の物理的な開口率はｗ０２／Ｐ２で与えられる。
【００３３】
状態Ｉでは、仕切板４４０の両端を結ぶ平面状の液体界面４００が形成される。状態Ｉではマイクロレンズ１５２は屈折力を持たず集光効果を有さない。この場合、受光素子１６２に入射する光は、幅ｗ０の領域を通過した光に限定される。受光素子１６２の開口率は、物理的な開口率ｗ０２／Ｐ２と略一致する。
【００３４】
状態ＩＩは、開口率が実効的に最大となる状態を示す。液体界面４０１で例示されるように、状態ＩＩでは、マイクロレンズ１５２は、受光素子１６２よりも遠方に焦点を結ぶ屈折力を持つ。また、マイクロレンズ１５２は、仕切板４４０の縁部近傍に入射した平行光を光受口部４２０の縁部近傍を通過して受光素子１６２に受光させる屈折力を持つ。この状態では、マイクロレンズ１５２は、ｗ０よりも大きい幅ｗ１の正方形領域に入射した平行光を、光受口部４２０を通じて受光素子１６２に入射することができる。したがって、マイクロレンズ１５２の存在により、受光開口が物理的に幅ｗ１を持つ場合と等価な状態が生み出されることになる。すなわち、本状態では、受光素子１６２は実効的にｗ１２／Ｐ２の開口率を持つといえる。つまり、光受口部４２０は、マイクロレンズ１５２が光受口部４２０に入射させることができる入射光束の幅を、開口幅として実効的に有するといえる。そこで本実施形態では、当該入射光束の幅を開口幅みなした場合の開口率を、実効的な開口率とする。
【００３５】
液体界面が状態Ｉと状態ＩＩとの間にある場合、実効的な開口率はｗ０２／Ｐ２とｗ１２／Ｐ２との間の値をとる。このため、制御部１８０は、液体界面を状態Ｉから状態ＩＩまで連続的に制御することで、実効的な開口率をｗ０２／Ｐ２からｗ１２／Ｐ２までの間で連続的に制御することができる。
【００３６】
状態ＩＩＩは、実効的な開口率がｗ０２／Ｐ２よりも小さい状態を示す。液体界面４０２で例示されるように、状態ＩＩＩでは、マイクロレンズ１５２は、負の屈折力を持つ。この場合、マイクロレンズ１５２は、ｗ０よりも小さい幅ｗ２を通過した光を、受光素子１６２に受光させることができる。液体界面が状態Ｉと状態ＩＩＩとの間にある場合、実効的な開口率はｗ０２／Ｐ２とｗ２２／Ｐ２との間の値をとる。このため、制御部１８０は、液体界面を状態Ｉから状態ＩＩＩまで連続的に制御することで、実効的な開口率をｗ０２／Ｐ２からｗ２２／Ｐ２までの間で連続的に制御することができる。
【００３７】
したがって、制御部１８０は、状態ＩＩに例示したような光受口部４２０より像側に焦点を結ぶ第１の屈折力を持つ形状と、状態Ｉまたは状態ＩＩＩに例示したような第１の屈折力よりも小さい第２の屈折力を持つ形状とに、液体界面の形状を切り替えることにより、複数の受光素子１６２の実効的な開口率が高い状態と複数の受光素子１６２の実効的な開口率が低い状態とに切り替えることができる。
【００３８】
状態ＩＶは、実効的な開口率が最大となる他の状態を示す。液体界面４０３で例示されるように、状態ＩＶでは、マイクロレンズ１５２は、受光素子１６２よりも物体側に焦点を結ぶ屈折力を持つ。特に、マイクロレンズ１５２は、仕切板４４０の一方の縁部近傍に入射した平行光を光受口部４２０の対向する縁部近傍を通過して受光素子１６２に受光させ、仕切板４４０の他方の縁部近傍に入射した平行光を光受口部４２０の他方の縁部近傍を通過して受光素子１６２に受光させる屈折力を持つ。この状態では、マイクロレンズ１５２は、ｗ１と同じ幅ｗ３の領域を通過した光を、受光素子１６２に受光させることができる。したがって、実効的な開口率はｗ１２／Ｐ２となる。液体界面が状態ＩＩと状態ＩＶとの間にある場合、実効的な開口率は一定値ｗ１２／Ｐ２となる。
【００３９】
状態Ｖは、実効的な開口率がｗ０２／Ｐ２よりも小さい他の状態を示す。液体界面４０４で例示されるように、状態Ｖでは、マイクロレンズ１５２は、状態ＩＶよりもさらに大きい正の屈折力を持つ。この場合、マイクロレンズ１５２は、ｗ０よりも小さい幅ｗ４を通過した光を、受光素子１６２に受光させることができる。液体界面が状態ＩＶと状態Ｖとの間にある場合、実効的な開口率はｗ３２／Ｐ２とｗ４２／Ｐ２との間の値をとる。このため、制御部１８０は、液体界面を状態ＩＶから状態Ｖまで連続的に制御することで、実効的な開口率をｗ３２／Ｐ２からｗ４２／Ｐ２までの間で連続的に制御することができる。すなわち、受光素子１６２の実効的な開口率を、受光素子１６２の物理的な開口率よりも大きい状態から小さい状態まで連続的に制御することができる。
【００４０】
このように、制御部１８０は、液体界面の形状を、状態ＩＩに例示したように光受口部４２０より受光素子１６２側に焦点を結ぶ形状と、状態Ｖに例示したように光受口部４２０より物体側に焦点を結ぶ屈折力を持つ形状との間で切り替えることにより、複数の受光素子１６２の実効的な開口率が高い状態と複数の受光素子１６２の実効的な開口率が低い状態とに切り替えることができる。
【００４１】
図５は、マイクロレンズ部１５０および受光部１６０の構成の一例を模式的に示す。受光部１６０は、複数のカラーフィルタ２６０、遮光部４１０、および、複数の受光素子１６２を有する。複数のカラーフィルタ２６０は、複数の受光素子１６２に対応して設けられる。カラーフィルタ２６０は、入射した光のうち、予め定められた波長域の光を選択的に透過して対応する受光素子１６２にそれぞれ受光させる。
【００４２】
遮光部４１０は、例えばアルミニウムなどの遮光性の部材で形成される。遮光部４１０は、複数の受光素子１６２のそれぞれの受光開口を物理的に画定する光受口部４２０が、複数の受光素子１６２のそれぞれに対応する位置に形成されている。複数の受光素子１６２は、対応する光受口部４２０を通過した光をそれぞれ受光して、光電変換により撮像信号を出力する。
【００４３】
マイクロレンズ部１５０は、第１液体および第２液体を内部に保持するハウジング４５０、仕切板４４０、隔壁４６０ａ、隔壁４６０ｂ、駆動部４９０および駆動部４９１を有する。仕切板４４０は、ハウジング４５０の内部を、レンズ１１０の光軸に沿って、第２液体が充填される液体領域３２０および液体領域３２１と、第１液体が充填される液体領域３１０および液体領域３１１とに分割する。仕切板４４０は、遮光性の材料で形成された一定の厚さを持つ遮光性部材であってよい。液体領域３１０と液体領域３１１との間は、隔壁４６０ａによって仕切られる。液体領域３２０と液体領域３２１との間は、隔壁４６０ｂによって仕切られる。
【００４４】
第１液体と第２液体は、屈折率が互いに異なり、かつ、水と油のように接触状態において互いに混合しない性質を持つ。第１液体および第２液体の組み合わせとして、ＰＤＭＳ（Ｐｏｌｙ−Ｄｉｍｅｔｈｙｌ−Ｓｉｌｏｘａｎｅ）および純水を例示することができる。第１液体および第２液体のそれぞれの密度は実質的に等しいことが好ましい。ここでは第２液体の屈折率よりも第１液体の屈折率の方が大きいとする。
【００４５】
マイクロレンズ１５２は、第１液体と第２液体との液体界面によりそれぞれ形成される。具体的には、仕切板４４０には、複数の光受口部４２０に対応して複数の貫通孔２５０が形成されており、第１液体および第２液体は、貫通孔２５０内で液体界面を形成することができる。複数のマイクロレンズ１５２は、複数の貫通孔２５０のそれぞれにおける第１液体と第２液体との液体界面によって形成される。ハウジング４５０の物体側の面または像側の面から見た貫通孔２５０の形状は正方形であってよい。貫通孔２５０の形状は長方形、台形、円または楕円等、その他の種々の形状であってもよい。
【００４６】
ハウジング４５０の物体側の面および像側の面には、ガラスなどの透光性の材料で形成された透光部が形成される。ハウジング４５０の物体側の面および像側の全面が、透光性の材料から形成されてもよい。本例では、ハウジング４５０の物体側の略全面が透光性の材料で形成され、ハウジング４５０の像側の面には貫通孔２５０および受光素子１６２に対応して透光部が形成されているとする。ハウジング４５０の物体側の面に入射した被写体光は、貫通孔２５０および像側の面に形成された対応する透光部を通過して、対応するマイクロレンズ１５２に入射する。ハウジング４５０の物体側の面、仕切板４４０および像側の面は、レンズ１１０の光軸に対して垂直に設けられる。
【００４７】
隔壁４６０ａは、第１液体が充填される領域を、貫通孔２５０をそれぞれ複数持つ複数の小領域に分割する。隔壁４６０ｂは、隔壁４６０ａによって分割された小領域に対応して、第２液体が充填される領域を複数の小領域に分割する。隔壁４６０ａおよび隔壁４６０ｂによって、ハウジング４５０内は複数の貫通孔２５０が連通する小領域に分割される。本模式断面図では、マイクロレンズ部１５０は、隔壁４６０ａ隔壁４６０ｂによってＡ領域とＢ領域とに分割される。Ａ領域に属するマイクロレンズ１５２とＢ領域に属するマイクロレンズ１５２との間では、液体界面の形状は独立に制御され得る。
【００４８】
Ａ領域に属するマイクロレンズ１５２の形状制御について説明する。本例では、マイクロレンズ１５２の形状を図４の液体界面４００、液体界面４０１および液体界面４０３に対応する形状に制御する場合を取り上げて、マイクロレンズ１５２の形状制御を説明する。
【００４９】
マイクロレンズ１５２の形状は、液体領域３１０の内圧を制御することにより制御される。液体領域３１０の内圧を高めるにつれて、マイクロレンズ１５２を形成する液体界面は、破線の状態から一点鎖線の状態を経て、実線の状態へと変化する。液体領域３１０の内圧は、内圧制御部１８０の一例としての駆動部４９０によって制御される。駆動部４９０は、液体領域３１０に連通する液体領域３３０の内圧を制御することにより、液体領域３１０の内圧を制御する。
【００５０】
具体的には、ハウジング４５０は液体領域３３０内の第１液体に接する弾性面４８０を持つ。駆動部４９０は、液体領域３３０の体積を制御すべく弾性面４８０を変位させる。駆動部４９０としては、圧電素子を有することができる。圧電素子はピエゾ素子であってよい。制御部１８０は、圧電素子に印加する電圧を制御して圧電素子の形状を変化させ、それにより弾性面４８０に当接する先端部を変位させる。このように、制御部１８０は、第１液体領域３１０に連通する液体領域３３０内の圧力を制御することにより、第１液体の内圧を制御する。
【００５１】
駆動部４９０が弾性面４８０を変位させていない場合の弾性面４８０の状態を破線で示す。この場合、液体界面は、第２液体と第１液体との間の圧力差に応じて、破線で示される形状を持つ。この状態では、液体界面は、貫通孔２５０を形成する側面部４５２における第１液体側の端部と側面部４５４における第１液体側の端部とに担持される。そして、貫通孔２５０の中心で像側に頂点を持つアーチ状の液体界面が形成される。本状態のマイクロレンズ１５２は、図４に例示した液体界面４０２のように、負の屈折力をもつ形状を持つ。
【００５２】
駆動部４９０が弾性面４８０を押して液体領域３３０の体積を減少させると、液体領域３１０の内圧が高まり、第１液体と第２液体との間で圧力が釣り合うよう液体界面は第２液体側に移動する。この状態では、液体界面は、例えば貫通孔２５０の側面部４５２における第２液体側の端部と貫通孔２５０の側面部４５４における第２液体側の端部とを結ぶ一点鎖線で示すような平面状の液体界面が形成される。本状態のマイクロレンズ１５２は、図４に例示した液体界面４００のように、実質的に屈折力を持たない形状を持つ。
【００５３】
駆動部４９０が弾性面４８０をさらに押して液体領域３３０の体積をさらに減少させると、液体領域３１０の内圧がさらに高まり、第１液体と第２液体との間で圧力が釣り合うよう液体界面は第２液体側にさらに移動する。この状態では、側面部４５２における第２液体側の端部と側面部４５４における第２液体側の端部とに液体界面が担持されたまま、実線で示すように貫通孔２５０の中心で物体側に頂点を持つアーチ状の液体界面が形成される。本状態のマイクロレンズ１５２は、図４に例示した液体界面４０１のように、正の屈折力を持つ。
【００５４】
制御部１８０は、マイクロレンズ１５２の実効的な開口率を高める場合には、駆動部４９０の先端部を、液体領域３３０の体積が低下する方向に変位させる。また、制御部１８０は、マイクロレンズ１５２の実効的な開口率を低下させる場合には、駆動部４９０の先端部を、液体領域３３０の体積が増加する方向に変位させる。このように、制御部１８０は、第１液体と第２液体との複数の界面の形状を制御することにより、複数の受光素子１６２の実効的な開口率を制御することができる。特に本例のマイクロレンズ部１５０によれば、制御部１８０は、第１液体を保持する領域の内圧を制御することにより、複数のマイクロレンズ１５２を形成する液体界面の形状を一括して制御することができる。このため、複数のマイクロレンズ１５２を一括して高速に制御することができる。
【００５５】
Ｂ領域に属するマイクロレンズ１５２の形状制御も、Ａ領域と同様である。具体的には、液体領域３１１の内圧は、液体領域３１１に連通する液体領域３３１の内圧制御によって制御される。液体領域３１１の内圧は、駆動部４９０とは独立して駆動される駆動部４９１によって制御される。駆動部４９１は、駆動部４９０と同様、ピエゾ素子などの圧電素子であってよい。具体的には、ハウジング４５０は液体領域３３１内の第１液体に接する弾性面４８１を持ち、駆動部４９１が液体領域３３１の体積を制御すべく弾性面４８１を変位させる。Ｂ領域に属するマイクロレンズ１５２の形状制御は、駆動部４９１により制御される点を除いて、Ａ領域に属するマイクロレンズ１５２の形状制御と同様であるので、説明を省略する。本図では、Ｂ領域において、駆動部４９１が弾性面４８１を変位させていない状態を実線で示す。この場合、液体界面は実線で示される形状を持つ。
【００５６】
このように、Ａ領域に属するマイクロレンズ１５２とＢ領域に属するマイクロレンズ１５２とは、それぞれ駆動部４９０および駆動部４９１によって互いに独立して制御される。このため、Ａ領域に属するマイクロレンズ１５２の形状とＢ領域に属するマイクロレンズ１５２の形状とを個別に制御することができる。なお、各小領域における第１液体の内圧は、１以上の駆動部によって制御されてもよい。本例で説明したように、制御部１８０は、液体界面の形状を制御して複数のマイクロレンズ１５２の屈折力を制御することにより、複数の受光素子１６２の実効的な開口率を制御する。
【００５７】
図６は、像領域の分割例を模式的に示す。本例では、受光部１６０上の四の像領域毎に、受光素子１６２の実効的な開口率がそれぞれ一括制御される。図５において説明したＡ領域およびＢ領域は、本例における第１受光素子領域６００および第２受光素子領域６０１に対応する。
【００５８】
具体的には、マイクロレンズ部１５０の液体領域が行方向および列方向にそれぞれ隔壁４６０で２分割され、全部で四の小領域が形成される。すなわち、受光部１６０において、第１受光素子領域６００、第２受光素子領域６０１、第３受光素子領域６０２および第４受光素子領域６０３における実効的な開口率が、独立して制御される。
【００５９】
各小領域に属するマイクロレンズ１５２の形状は、独立した駆動部によって制御される。具体的には、駆動部４９０、駆動部４９１、駆動部４９２および駆動部４９３が、四の小領域に対応して設けられ、各駆動部が対応する小領域に属するマイクロレンズ１５２の形状を制御する。このため、第１受光素子領域６００に属する受光素子１６２、第２受光素子領域６０１に属する受光素子１６２、第３受光素子領域６０２に属する受光素子１６２および第４受光素子領域６０３に属する受光素子１６２の実効的な開口率が、互いに独立に制御される。
【００６０】
図７は、像領域の他の分割例を模式的に示す。本例では、受光部１６０上の六の像領域毎に、実効的な開口率がそれぞれ一括制御される。具体的には、マイクロレンズ部１５０の液体領域が行方向に３分割され、列方向に２分割される。すなわち、全部で六の小領域が形成される。これにより、受光部１６０において、第１受光素子領域７００、第２受光素子領域７０１、第３受光素子領域７０２、第４受光素子領域７０３、第５受光素子領域７０４および第６受光素子領域７０５における実効的な開口率が、独立して制御される。
【００６１】
図６に例示した分割例と同様、各小領域に属するマイクロレンズ１５２の形状は、独立した駆動部によって制御される。具体的には、駆動部４９０、駆動部４９１、駆動部４９２、駆動部４９３、駆動部４９４および駆動部４９５が、六の小領域に対応して設けられ、各駆動部が対応する小領域に属するマイクロレンズ１５２の形状を制御する。
【００６２】
図５から図７に関連して説明したように、貫通孔２５０をそれぞれ複数持つ複数の小領域のそれぞれに対応して駆動部が設けられ、当該複数の駆動部が、それぞれ対応する小領域に充填される第１液体の内圧をそれぞれ一括して制御する。したがって、撮像装置１０によれば、小領域毎、すなわち像領域毎に、実効的な開口率を望ましい値に制御することができる。なお、図６および図７において像領域をそれぞれ四分割および六分割する分割例を示したが、２以上の任意の数の像領域に分割してよい。
【００６３】
図８は、制御部１８０による制御内容をテーブル形式で示す。制御部１８０は、複数の受光素子１６２により撮像される画像の画質に基づき、受光素子１６２の実効的な開口率を制御する。具体的には、制御部１８０は、画像に含まれるエリアジング信号の強さおよび画像の明るさに基づき、受光素子１６２の実効的な開口率を制御する。エリアジング信号の強さおよび画像の明るさは、実効的な開口率を制御する場合に用いる画質指標値の一例とする。
【００６４】
制御部１８０は、エリアジング信号の強さが予め定められた値以上である場合、実効的な開口率を高めることにより、高域の空間周波数成分を低減する。具体的には、図４に例示した状態ＩＩまたは状態ＩＶに向けて、液体界面の状態を制御する。このように、制御部１８０は、画像がより強いエリアジング信号を含む場合に、複数の受光素子１６２の実効的な開口率をより高めるべく液体界面の形状を制御する。なお、制御部１８０は、画像の明るさが予め定められた値以上である場合、画像に白飛びが生じることを防ぐべく絞り部１２０を制御して光束を絞ってもよい。画像の明るさが予め定められた値より小さい場合、制御部１８０は絞り部１２０を制御しなくてよい。また、制御部１８０は、絞り部１２０の制御に替えて、または、絞り部１２０の制御に加えて露光時間を制御してもよい。例えば、制御部１８０は、画像に白飛びが生じることを防ぐべく、露光時間を短くしてよい。このように、制御部１８０は、エリアジング信号が予め定められた値より強い場合、受光素子１６２により撮像される画像の明るさが予め定められた値以上であることを条件として、露出量を低下してよい。
【００６５】
また、制御部１８０は、エリアジング信号の強さが予め定められた値より小さい場合、受光素子１６２によって撮像される画像の明るさに基づき、実効的な開口率を制御する。具体的には、制御部１８０は、画像の明るさが予め定められた値以上である場合、実効的な開口率を低下させることにより、解像力を高める。具体的には、図４に例示した状態ＩＩＩまたは状態Ｖに向けて、液体界面の状態を制御する。また、制御部１８０は、画像の明るさが予め定められた値より小さい場合、高いＳＮ比で撮像すべく、実効的な開口率を高める。このように、制御部１８０は、画像がより暗い場合に、複数の受光素子１６２の実効的な開口率をより高めるべく液体界面の形状を制御する。なお、制御部１８０は、実効的な開口率の制御に加えて、絞り部１２０を制御して受光素子１６２が受光できる光量を増加させてもよい。また、制御部１８０は、絞り部１２０の制御に替えて、または、絞り部１２０の制御に加えて露光時間を制御してもよい。例えば、制御部１８０は、受光素子１６２により撮像される画像の明るさが予め定められた値より小さい場合、実効的な開口率を制御するとともに露出量を増加してもよい。
【００６６】
制御部１８０は、本例で示した制御をするべく、エリアジング信号の強さおよび画像の明るさに対応づけて、制御値を対応づけて記憶してよい。制御値としては、駆動部４９０に印加する電圧値を例示することができる。画像の明るさに基づいて実効的な開口率を高める場合、実効的な開口率を高めるほど解像力が低下する。このため、制御部１８０は、一定の明るさおよび解像力を得るのに必要な制御値を、明るさに対応づけて予め記憶していてよい。例えば、制御部１８０は、予め定められた第１の明るさ以下の明るさに対応づけて、実効的な開口率を最大値にする制御値を記憶していてよい。これにより、解像力を高めることよりも明るさ確保を優先することができる。この場合、ＳＮ比の高い画像を生成することができる。したがって、暗い画像中で特に目立つノイズを低減することができる。また、制御部１８０は、第１の明るさより大きい明るさに対応づけて、実効的な開口率を最大値未満とする制御値を記憶していてよい。これにより、明るさを確保しＳＮ比を高めつつ、一定の解像力を得ることができる場合がある。
【００６７】
以上に説明したように、制御部１８０は、複数の受光素子１６２により撮像される画像の画質に基づいて、複数の受光素子１６２の実効的な開口率を制御すべく液体界面の形状を制御する。なお、制御部１８０は、本図に関連して説明した制御を、画像領域毎に行ってよい。すなわち、制御部１８０は、画像内の第１像領域よりも第２像領域が暗い場合に、第２像領域の像を形成する複数の受光素子１６２の実効的な開口率を、第１像領域の像を形成する複数の受光素子１６２の実効的な開口率よりも高めるべく、第１像領域に対応する液体界面と第２像領域に対応する液体界面とを異なる形状に制御してよい。また、制御部１８０は、画像内の第１像領域よりも第２像領域がより強いエリアジング信号を含む場合に、第２像領域の像を形成する複数の受光素子１６２の実効的な開口率を、第１像領域の像を形成する複数の受光素子１６２の実効的な開口率よりも高めるべく、第１像領域に対応する液体界面と第２像領域に対応する液体界面とを異なる形状に制御してよい。
【００６８】
なお、制御部１８０は、予め撮像した予備画像に基づき、受光素子１６２によって撮像される画像の明るさを特定してよい。また、制御部１８０は、エリアジング信号の強さを、複数の予備画像に基づき特定することができる。入力された光信号のうちナイキスト周波数ｆＮを超える空間周波数成分は、ナイキスト周波数ｆＮで折り返された空間周波数位置にエリアジング信号として表れる。一方、図２に示したように、振幅変調度は、開口率によって特に高い空間周波数領域で大きく変化する。このため、制御部１８０の制御により実効的な開口率を互いに異ならせた状態で複数の予備画像を撮像すると、各予備画像には、異なる強さのエリアジング信号がが重畳される。具体的には、より低い開口率で撮像された予備画像ほど、より強い強さのエリアジング信号が折り返し周波数位置に重畳される。したがって、制御部１８０は、レンズ１１０の空間周波数応答と、複数の予備画像の空間周波数成分の比較結果とに基づき、エリアジング信号の強さまたはエリアジング信号の有無を特定することができる。
【００６９】
図９は、制御部１８０による他の制御例を示す。制御部１８０は、複数の受光素子１６２の露光期間中に、界面の形状を異なる形状に変化させて撮像させる。ここでは、動画撮影を例に挙げて、制御部１８０による制御の一例を説明する。
【００７０】
制御部１８０は、時刻ｔ１からｔ２までの第１露光期間に受光部１６０を露光して、動画を構成する画像としての１フレームを撮像させる。制御部１８０は、第１露光期間中に、図４に例示した状態ＩＩＩから状態Ｉを経て状態ＩＩまで時間的に連続的に液体界面の形状を制御する。仮にエリアジング成分が表れるような被写体を撮像する場合でも、エリアジング信号の強さは、状態ＩＩＩよりも状態Ｉの方が小さくなる。また、エリアジング信号の強さは、状態Ｉよりも状態ＩＩの方が小さくなる。このため、一露光期間にわたって状態ＩＩＩで撮像した場合と比較して、エリアジング信号の強度を相対的に低下させることができる。
【００７１】
そして、制御部１８０は、第１露光期間に続く第２露光期間である時刻ｔ３からｔ４までの間に、図４に例示した状態ＩＩから状態Ｉを経て状態ＩＩＩまで連続的に液体界面の形状を制御して、次の１フレームを撮像させる。制御部１８０は、第２露光期間に続く次の第３露光期間である時刻ｔ５らｔ６までの間に、第１露光期間と同様、図４に例示した状態ＩＩＩから状態Ｉを経て状態ＩＩまで連続的に液体界面の形状を制御して、次の１フレームを撮像させる。その後の各露光期間において、制御部１８０は、第２露光期間内での液体界面の変化と、第１露光期間内での液体界面の変化とを順次に繰り返す。このように、制御部１８０は、一フレームを撮像する一露光期間中に、マイクロレンズ１５２を形成する液体界面を一方向に移動させる。また、制御部１８０は、連続する二の露光期間で、マイクロレンズ１５２を形成する液体界面を一往復させる。この動作を繰り返すことにより、動画を構成する複数のフレームを撮像させる。
【００７２】
本例では制御部１８０が液体界面の状態を時間的に連続的に制御するとしたが、制御部１８０は、液体界面の状態を段階的に制御してもよい。例えば、制御部１８０は、第１露光期間内において、状態ＩＩＩ、状態Ｉおよび状態ＩＩのそれぞれの状態を予め定められた時間保持してよい。この場合、液体界面は時間的に３段階にステップ状に変化される。他の露光期間についても同様に、液体界面をステップ状に変化してよい。また、本例では、動画を構成する画像としてフレーム画像を例示したが、動画を構成する画像はフィールド画像であってよい。また、本例では動画撮影を例に挙げて制御部１８０の制御の一例を説明したが、本制御は動画撮影に限らず静止画撮影にも適用することができる。
【００７３】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００７４】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００７５】
１０ 撮像装置
１１０ レンズ
１２０ 絞り部
１５０ マイクロレンズ部
１５２ マイクロレンズ
１６０ 受光部
１６２ 受光素子
１７０ 画像処理部
１８０ 制御部
１９０ 画像記録部
２００ 受光開口
２１０、２２０ 光学応答
２５０ 貫通孔
２６０ カラーフィルタ
３１０、３２０、３３０ 液体領域
３１１、３２１、３３１ 液体領域
４００、４０１、４０２、４０３、４０４ 液体界面
４１０ 遮光部
４２０ 光受口部
４４０ 仕切板
４５０ ハウジング
４５２ 側面部
４５４ 側面部
４６０ 隔壁
４９０、４９１、４９２、４９３、４９４、４９５ 駆動部
４８０、４８１ 弾性面
６００ 第１受光素子領域
６０１ 第２受光素子領域
６０２ 第３受光素子領域
６０３ 第４受光素子領域
７００ 第１受光素子領域
７０１ 第２受光素子領域
７０２ 第３受光素子領域
７０３ 第４受光素子領域
７０４ 第５受光素子領域
７０５ 第６受光素子領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像デバイスおよび撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロレンズアレーを備えるカメラの光量調節器が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、エレクトロウエッティング現象を利用したレンズが知られている（例えば、特許文献２および３参照。）。また、オンチップレンズとフォトダイオードを備えた固体撮像装置が知られている（例えば、特許文献４参照。）。
特許文献１ 特開平８−１１１８００号公報
特許文献２ 特開２００３−１７７２１９号公報
特許文献３ 特開２０００−３５６７５０号公報
特許文献４ 特開２００７−１７３２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
実効的な開口率を柔軟に制御することができないという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、撮像デバイスであって、屈折率が互いに異なる第１液体と第２液体との界面によりそれぞれ形成された複数の光学要素と、複数の光学要素にそれぞれ対応して設けられ、対応する光学要素を通じて被写体光を受光する光受口部を持つ複数の受光素子と、複数の界面の形状を制御することにより、複数の受光素子の実効的な開口率を制御する制御部とを備える。
【０００５】
制御部は、複数の受光素子により撮像される画像の画質に基づいて、複数の受光素子の実効的な開口率を制御すべく界面の形状を制御してよい。制御部は、画像がより暗い場合に、複数の受光素子の実効的な開口率をより高めるべく界面の形状を制御してよい。
【０００６】
制御部は、画像内の第１像領域よりも第２像領域が暗い場合に、第２像領域の像を形成する複数の受光素子の実効的な開口率を、第１像領域の像を形成する複数の受光素子の実効的な開口率よりも高めるべく、第１像領域に対応する界面と第２像領域に対応する界面とを異なる形状に制御してよい。制御部は、画像がより強いエリアジング信号を含む場合に、複数の受光素子の実効的な開口率をより高めるべく界面の形状を制御してよい。
【０００７】
制御部は、画像内の第１像領域よりも第２像領域がより強いエリアジング信号を含む場合に、第２像領域の像を形成する複数の受光素子の実効的な開口率を、第１像領域の像を形成する複数の受光素子の実効的な開口率よりも高めるべく、第１像領域に対応する界面と第２像領域に対応する界面とを異なる形状に制御してよい。
【０００８】
制御部は、複数の受光素子の露光期間中に、界面の形状を異なる形状に変化させてよい。
【０００９】
第１液体および第２液体を内部に保持するハウジングと、ハウジングの内部を、第１液体が充填される第１液体領域と第２液体が充填される第２液体領域とに分割する仕切板とをさらに備え、仕切板には、複数の光受口部のそれぞれに対応して貫通孔が形成され、複数の光学要素は、複数の貫通孔のそれぞれにおける第１液体と第２液体との界面によって形成され、制御部は、第１液体を保持する領域の内圧を制御することにより、複数の界面の形状を制御してよい。
【００１０】
貫通孔をそれぞれ複数持つ複数の小領域に第１液体領域を分割する隔壁をさらに備え、撮像デバイスは、複数の小領域のそれぞれに対応して設けられ、対応する小領域に充填される第１液体の内圧を一括して制御する複数の内圧制御部をさらに備えてよい。
【００１１】
複数の光学要素はそれぞれ、界面がレンズ状に制御され得るレンズ要素であり、制御部は、界面の形状を制御して複数の光学要素の屈折力を制御することにより、複数の受光素子の実効的な開口率を制御してよい。
【００１２】
制御部は、界面の形状を、光受口部より像側に焦点を結ぶ第１の屈折力を持つ形状と、第１の屈折力よりも小さい第２の屈折力を持つ形状とに切り替えることにより、複数の受光素子の実効的な開口率が高い状態と複数の受光素子の実効的な開口率が低い状態とに切り替えてよい。
【００１３】
制御部は、界面の形状を、光受口部より像側に焦点を結ぶ形状と、光受口部より物体側に焦点を結ぶ屈折力を持つ形状との間で切り替えることにより、複数の受光素子の実効的な開口率が高い状態と複数の受光素子の実効的な開口率が低い状態とに切り替えてよい。
【００１４】
本発明の第２の態様においては、被写体を撮像する撮像装置であって、上記撮像デバイスと、複数の受光素子に被写体光を結像する結像レンズ系とを備える。
【００１５】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】撮像装置１０のブロック構成の一例を模式的に示す図である。
【図２】受光素子１６２の配列の一例を模式的に示す図である。
【図３】光学伝達関数の開口率依存性の一例を示す図である。
【図４】受光素子１６２の実効的な開口率を説明する模式図である。
【図５】マイクロレンズ部１５０および受光部１６０の構成の一例を模式的に示す図である。
【図６】像領域の分割例を模式的に示す図である。
【図７】像領域の他の分割例を模式的に示す図である。
【図８】制御部１８０による制御内容の組み合わせをテーブル形式で示す図である。
【図９】制御部１８０による他の制御例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１８】
図１は、撮像装置１０のブロック構成の一例を模式的に示す。本実施形態に係る撮像装置１０は、受光素子の実効的に開口率を柔軟に制御することを目的とする。撮像装置１０は、レンズ１１０、絞り部１２０、マイクロレンズ部１５０、受光部１６０、画像処理部１７０、制御部１８０および画像記録部１９０を備える。撮像装置１０は、カメラ機能付き携帯電話端末、デジタルカメラなどの撮像機器であってよい。撮像装置１０が備える機能ブロックのうち、レンズ１１０、絞り部１２０、マイクロレンズ部１５０、受光部１６０、画像処理部１７０および制御部１８０を備える機能ブロックは、撮像装置１０用の撮像デバイスとして提供されてよい。撮像デバイスは、撮像機器に組み込まれる撮像モジュールであってよい。
【００１９】
レンズ１１０は、被写体からの光を結像する結像レンズである。レンズ１１０を通過した被写体光のうち、絞り部１２０およびマイクロレンズ部１５０を通過した光が、受光部１６０によって受光される。絞り部１２０は、レンズ１１０を含む撮像装置１０の結像レンズ系を通過する光の量を調整する。ここではレンズ１１０を図示したが、撮像装置１０は複数のレンズを備えてよい。
【００２０】
マイクロレンズ部１５０は、複数のマイクロレンズ１５２ａ〜ｄを含む。マイクロレンズ１５２ａ〜ｄは、それぞれ液体界面によって形成される。複数のマイクロレンズ１５２ａ〜ｄはそれぞれ、液体界面がレンズ状に制御され得るレンズ要素であり、液体界面の形状が制御され得る光学要素の一例である。なお、マイクロレンズ１５２ａ〜ｄは、後述する二液体間の界面で形成されるレンズ要素の他に、エレクトロウエッティング現象を利用して形成されるレンズ要素であってもよい。
【００２１】
受光部１６０は、複数の受光素子１６２ａ〜ｄを有する。本図では、説明を分かり易くするために、４の受光素子１６２ａ〜ｄおよび４のマイクロレンズ１５２ａ〜ｄを図示しているが、これらの光学要素をそれぞれ４しか有さないことを示しているわけではない。撮像装置１０は、被写体を撮像すべく任意の数の光学要素を有することはいうまでもない。複数のマイクロレンズ１５２ａ〜ｄを、マイクロレンズ１５２または複数のマイクロレンズ１５２と総称する場合がある。また、複数の受光素子１６２ａ〜ｄを、受光素子１６２または複数の受光素子１６２と総称する場合がある。他の部材も同様に、符号の添え字を省略することで部材を総称する場合がある。
【００２２】
複数の受光素子１６２は、ＭＯＳ型撮像素子を形成してよい。複数の受光素子１６２は、ＭＯＳ型撮像素子の他、ＣＣＤ型撮像素子などの固体撮像素子を形成してよい。
【００２３】
複数のマイクロレンズ１５２は、レンズ１１０を通過した被写体光を、対応する受光素子１６２にそれぞれ受光させる。具体的には、複数のマイクロレンズ１５２は、レンズ１１０により結像された被写体光をそれぞれ再結像して、対応する受光素子１６２にそれぞれ受光させる。このように、複数の受光素子１６２は、複数のマイクロレンズ１５２にそれぞれ対応して設けられ、対応するマイクロレンズ１５２を通じて被写体光を受光する。
【００２４】
マイクロレンズ１５２は、レンズとして機能する光学面の形状を可変に調整することができる光学要素である。一例として、マイクロレンズ１５２は、屈折率が互いに異なる液体の境界によりそれぞれ形成される。液体界面の形状が制御されることで、マイクロレンズ１５２としての光学面の形状が制御される。本図では、マイクロレンズ１５２が大きい屈折力を持つ状態を実線で模式的に示しており、マイクロレンズ１５２が小さい屈折力を持つ状態を破線で模式的に示した。
【００２５】
本例において、マイクロレンズ１５２は、本図の破線で示した状態よりも実線で示した状態でより高い集光力を持ち、受光素子１６２の周囲のより広い範囲に到達した光を受光素子１６２に集光する。したがって、本図の実線の状態で撮像することで、受光素子１６２の受光量を高めることができ、明るくＳＮ比の高い画像を撮像することができる。一方、本図の破線の状態で撮像することで、受光素子１６２のごく近傍に到達した光を利用して撮像することができる。このため、解像力の高い画像を提供することができる。制御部１８０は、複数の受光素子１６２により撮像される画像の画質に応じてマイクロレンズ１５２の形状を制御することで、高い画質の画像を撮像させる。また、制御部１８０は、マイクロレンズ１５２の形状制御に加えて、絞り部１２０を制御することができる。制御部１８０は、受光素子１６２により撮像される画像の画質に応じて絞り部１２０の開口を制御して絞り量を制御してよい。
【００２６】
受光素子１６２は、受光量に応じた強度の撮像信号を、画像処理部１７０に出力する。画像処理部１７０は、受光素子１６２から供給された撮像信号から、画像信号を生成する。画像処理部１７０は、制御部１８０による制御内容に基づき撮像信号に対して画像処理を施して画像信号を生成してよい。例えば、画像処理部１７０は、制御部１８０により制御されたマイクロレンズ１５２の形状に応じて明るさ補正などの画像処理を施してよい。
【００２７】
画像記録部１９０は、画像処理部１７０が生成した画像信号を取得して、画像データとして記録する。画像記録部１９０は、不揮発性メモリに当該画像データを記録してよい。当該不揮発性メモリは、画像記録部１９０が有してよい。また、当該不揮発性メモリは、撮像装置１０に対して着脱可能に設けられた外部メモリであってもよい。画像記録部１９０は、撮像装置１０の外部に画像データを出力してもよい。画像処理部１７０が生成した画像信号によって示される画像、画像記録部１９０が記録する画像データが示される画像を、単に画像と呼ぶ場合がある。
【００２８】
図２は、受光素子１６２の２次元配列の一例を模式的に示す。本図は、物体側から見た受光部１６０の配列を示す。受光素子１６２は、それぞれ被写体光を受け入れる受光開口２００を持つ。被写体光のうち受光開口２００以外の領域に入射した光は、受光素子１６２によって受光されない。例えば、受光開口２００以外の領域に入射した光は、受光素子１６２が持つ光電変換部に入射しない。
【００２９】
各受光素子１６２はマトリクス状に配置されており、受光開口２００もマトリクス状に形成される。ここで、受光開口２００がピッチ幅Ｐで配列され、受光開口２００の面積をＳとすれば、受光素子１６２の開口率はＳ／Ｐ２で定義することができる。例えば、受光開口２００が一辺の幅ｗの正方形の形状を有する場合、受光素子１６２の開口率はｗ２／Ｐ２で与えられる。撮像装置１０によると、制御部１８０によるマイクロレンズ１５２の屈折力制御により、幅ｗの実効的な値が制御される。これにより、受光素子１６２の開口率が実効的に制御される。
【００３０】
図３は、光学伝達関数の開口率依存性の一例を示す。本図は、受光部自体における規格化された空間周波数応答を示す。光学応答２１０は、開口率が１００％の場合における空間周波数応答を示す。光学応答２２０は、開口率が５０％の場合における空間周波数応答を示す。開口率が大きくなるほど各サンプルポイントの面積が大きくなるので、画像は平滑化される。このため、開口率が大きくなるほど、高空間周波領域で光学伝達関数がより大きく低下する。
【００３１】
図４は、マイクロレンズ１５２の形状変化による実効的な開口率の変化を説明する模式図を示す。本図では、状態Ｉ〜Ｖの５つの状態におけるマイクロレンズ１５２の形状を模式的に示す。
【００３２】
マイクロレンズ１５２を形成する液体は、仕切板４４０によって物体側と像側とに分けられる。マイクロレンズ１５２を形成する液体界面は、仕切板４４０が形成されていない場所で形成される。受光素子１６２は、マイクロレンズ１５２を通じて被写体光を受光する光受口部４２０を持つ。光受口部４２０は、マイクロレンズ１５２が形成される位置に対応してそれぞれ設けられる。光受口部４２０により物理的な受光開口が画定される。ここでは、光受口部４２０は、一辺がｗ０の正方形の形状を持つとする。この場合、受光素子１６２の物理的な開口率はｗ０２／Ｐ２で与えられる。
【００３３】
状態Ｉでは、仕切板４４０の両端を結ぶ平面状の液体界面４００が形成される。状態Ｉではマイクロレンズ１５２は屈折力を持たず集光効果を有さない。この場合、受光素子１６２に入射する光は、幅ｗ０の領域を通過した光に限定される。受光素子１６２の開口率は、物理的な開口率ｗ０２／Ｐ２と略一致する。
【００３４】
状態ＩＩは、開口率が実効的に最大となる状態を示す。液体界面４０１で例示されるように、状態ＩＩでは、マイクロレンズ１５２は、受光素子１６２よりも遠方に焦点を結ぶ屈折力を持つ。また、マイクロレンズ１５２は、仕切板４４０の縁部近傍に入射した平行光を光受口部４２０の縁部近傍を通過して受光素子１６２に受光させる屈折力を持つ。この状態では、マイクロレンズ１５２は、ｗ０よりも大きい幅ｗ１の正方形領域に入射した平行光を、光受口部４２０を通じて受光素子１６２に入射することができる。したがって、マイクロレンズ１５２の存在により、受光開口が物理的に幅ｗ１を持つ場合と等価な状態が生み出されることになる。すなわち、本状態では、受光素子１６２は実効的にｗ１２／Ｐ２の開口率を持つといえる。つまり、光受口部４２０は、マイクロレンズ１５２が光受口部４２０に入射させることができる入射光束の幅を、開口幅として実効的に有するといえる。そこで本実施形態では、当該入射光束の幅を開口幅みなした場合の開口率を、実効的な開口率とする。
【００３５】
液体界面が状態Ｉと状態ＩＩとの間にある場合、実効的な開口率はｗ０２／Ｐ２とｗ１２／Ｐ２との間の値をとる。このため、制御部１８０は、液体界面を状態Ｉから状態ＩＩまで連続的に制御することで、実効的な開口率をｗ０２／Ｐ２からｗ１２／Ｐ２までの間で連続的に制御することができる。
【００３６】
状態ＩＩＩは、実効的な開口率がｗ０２／Ｐ２よりも小さい状態を示す。液体界面４０２で例示されるように、状態ＩＩＩでは、マイクロレンズ１５２は、負の屈折力を持つ。この場合、マイクロレンズ１５２は、ｗ０よりも小さい幅ｗ２を通過した光を、受光素子１６２に受光させることができる。液体界面が状態Ｉと状態ＩＩＩとの間にある場合、実効的な開口率はｗ０２／Ｐ２とｗ２２／Ｐ２との間の値をとる。このため、制御部１８０は、液体界面を状態Ｉから状態ＩＩＩまで連続的に制御することで、実効的な開口率をｗ０２／Ｐ２からｗ２２／Ｐ２までの間で連続的に制御することができる。
【００３７】
したがって、制御部１８０は、状態ＩＩに例示したような光受口部４２０より像側に焦点を結ぶ第１の屈折力を持つ形状と、状態Ｉまたは状態ＩＩＩに例示したような第１の屈折力よりも小さい第２の屈折力を持つ形状とに、液体界面の形状を切り替えることにより、複数の受光素子１６２の実効的な開口率が高い状態と複数の受光素子１６２の実効的な開口率が低い状態とに切り替えることができる。
【００３８】
状態ＩＶは、実効的な開口率が最大となる他の状態を示す。液体界面４０３で例示されるように、状態ＩＶでは、マイクロレンズ１５２は、受光素子１６２よりも物体側に焦点を結ぶ屈折力を持つ。特に、マイクロレンズ１５２は、仕切板４４０の一方の縁部近傍に入射した平行光を光受口部４２０の対向する縁部近傍を通過して受光素子１６２に受光させ、仕切板４４０の他方の縁部近傍に入射した平行光を光受口部４２０の他方の縁部近傍を通過して受光素子１６２に受光させる屈折力を持つ。この状態では、マイクロレンズ１５２は、ｗ１と同じ幅ｗ３の領域を通過した光を、受光素子１６２に受光させることができる。したがって、実効的な開口率はｗ１２／Ｐ２となる。液体界面が状態ＩＩと状態ＩＶとの間にある場合、実効的な開口率は一定値ｗ１２／Ｐ２となる。
【００３９】
状態Ｖは、実効的な開口率がｗ０２／Ｐ２よりも小さい他の状態を示す。液体界面４０４で例示されるように、状態Ｖでは、マイクロレンズ１５２は、状態ＩＶよりもさらに大きい正の屈折力を持つ。この場合、マイクロレンズ１５２は、ｗ０よりも小さい幅ｗ４を通過した光を、受光素子１６２に受光させることができる。液体界面が状態ＩＶと状態Ｖとの間にある場合、実効的な開口率はｗ３２／Ｐ２とｗ４２／Ｐ２との間の値をとる。このため、制御部１８０は、液体界面を状態ＩＶから状態Ｖまで連続的に制御することで、実効的な開口率をｗ３２／Ｐ２からｗ４２／Ｐ２までの間で連続的に制御することができる。すなわち、受光素子１６２の実効的な開口率を、受光素子１６２の物理的な開口率よりも大きい状態から小さい状態まで連続的に制御することができる。
【００４０】
このように、制御部１８０は、液体界面の形状を、状態ＩＩに例示したように光受口部４２０より受光素子１６２側に焦点を結ぶ形状と、状態Ｖに例示したように光受口部４２０より物体側に焦点を結ぶ屈折力を持つ形状との間で切り替えることにより、複数の受光素子１６２の実効的な開口率が高い状態と複数の受光素子１６２の実効的な開口率が低い状態とに切り替えることができる。
【００４１】
図５は、マイクロレンズ部１５０および受光部１６０の構成の一例を模式的に示す。受光部１６０は、複数のカラーフィルタ２６０、遮光部４１０、および、複数の受光素子１６２を有する。複数のカラーフィルタ２６０は、複数の受光素子１６２に対応して設けられる。カラーフィルタ２６０は、入射した光のうち、予め定められた波長域の光を選択的に透過して対応する受光素子１６２にそれぞれ受光させる。
【００４２】
遮光部４１０は、例えばアルミニウムなどの遮光性の部材で形成される。遮光部４１０は、複数の受光素子１６２のそれぞれの受光開口を物理的に画定する光受口部４２０が、複数の受光素子１６２のそれぞれに対応する位置に形成されている。複数の受光素子１６２は、対応する光受口部４２０を通過した光をそれぞれ受光して、光電変換により撮像信号を出力する。
【００４３】
マイクロレンズ部１５０は、第１液体および第２液体を内部に保持するハウジング４５０、仕切板４４０、隔壁４６０ａ、隔壁４６０ｂ、駆動部４９０および駆動部４９１を有する。仕切板４４０は、ハウジング４５０の内部を、レンズ１１０の光軸に沿って、第２液体が充填される液体領域３２０および液体領域３２１と、第１液体が充填される液体領域３１０および液体領域３１１とに分割する。仕切板４４０は、遮光性の材料で形成された一定の厚さを持つ遮光性部材であってよい。液体領域３１０と液体領域３１１との間は、隔壁４６０ａによって仕切られる。液体領域３２０と液体領域３２１との間は、隔壁４６０ｂによって仕切られる。
【００４４】
第１液体と第２液体は、屈折率が互いに異なり、かつ、水と油のように接触状態において互いに混合しない性質を持つ。第１液体および第２液体の組み合わせとして、ＰＤＭＳ（Ｐｏｌｙ−Ｄｉｍｅｔｈｙｌ−Ｓｉｌｏｘａｎｅ）および純水を例示することができる。第１液体および第２液体のそれぞれの密度は実質的に等しいことが好ましい。ここでは第２液体の屈折率よりも第１液体の屈折率の方が大きいとする。
【００４５】
マイクロレンズ１５２は、第１液体と第２液体との液体界面によりそれぞれ形成される。具体的には、仕切板４４０には、複数の光受口部４２０に対応して複数の貫通孔２５０が形成されており、第１液体および第２液体は、貫通孔２５０内で液体界面を形成することができる。複数のマイクロレンズ１５２は、複数の貫通孔２５０のそれぞれにおける第１液体と第２液体との液体界面によって形成される。ハウジング４５０の物体側の面または像側の面から見た貫通孔２５０の形状は正方形であってよい。貫通孔２５０の形状は長方形、台形、円または楕円等、その他の種々の形状であってもよい。
【００４６】
ハウジング４５０の物体側の面および像側の面には、ガラスなどの透光性の材料で形成された透光部が形成される。ハウジング４５０の物体側の面および像側の全面が、透光性の材料から形成されてもよい。本例では、ハウジング４５０の物体側の略全面が透光性の材料で形成され、ハウジング４５０の像側の面には貫通孔２５０および受光素子１６２に対応して透光部が形成されているとする。ハウジング４５０の物体側の面に入射した被写体光は、貫通孔２５０および像側の面に形成された対応する透光部を通過して、対応するマイクロレンズ１５２に入射する。ハウジング４５０の物体側の面、仕切板４４０および像側の面は、レンズ１１０の光軸に対して垂直に設けられる。
【００４７】
隔壁４６０ａは、第１液体が充填される領域を、貫通孔２５０をそれぞれ複数持つ複数の小領域に分割する。隔壁４６０ｂは、隔壁４６０ａによって分割された小領域に対応して、第２液体が充填される領域を複数の小領域に分割する。隔壁４６０ａおよび隔壁４６０ｂによって、ハウジング４５０内は複数の貫通孔２５０が連通する小領域に分割される。本模式断面図では、マイクロレンズ部１５０は、隔壁４６０ａ隔壁４６０ｂによってＡ領域とＢ領域とに分割される。Ａ領域に属するマイクロレンズ１５２とＢ領域に属するマイクロレンズ１５２との間では、液体界面の形状は独立に制御され得る。
【００４８】
Ａ領域に属するマイクロレンズ１５２の形状制御について説明する。本例では、マイクロレンズ１５２の形状を図４の液体界面４００、液体界面４０１および液体界面４０３に対応する形状に制御する場合を取り上げて、マイクロレンズ１５２の形状制御を説明する。
【００４９】
マイクロレンズ１５２の形状は、液体領域３１０の内圧を制御することにより制御される。液体領域３１０の内圧を高めるにつれて、マイクロレンズ１５２を形成する液体界面は、破線の状態から一点鎖線の状態を経て、実線の状態へと変化する。液体領域３１０の内圧は、内圧制御部１８０の一例としての駆動部４９０によって制御される。駆動部４９０は、液体領域３１０に連通する液体領域３３０の内圧を制御することにより、液体領域３１０の内圧を制御する。
【００５０】
具体的には、ハウジング４５０は液体領域３３０内の第１液体に接する弾性面４８０を持つ。駆動部４９０は、液体領域３３０の体積を制御すべく弾性面４８０を変位させる。駆動部４９０としては、圧電素子を有することができる。圧電素子はピエゾ素子であってよい。制御部１８０は、圧電素子に印加する電圧を制御して圧電素子の形状を変化させ、それにより弾性面４８０に当接する先端部を変位させる。このように、制御部１８０は、第１液体領域３１０に連通する液体領域３３０内の圧力を制御することにより、第１液体の内圧を制御する。
【００５１】
駆動部４９０が弾性面４８０を変位させていない場合の弾性面４８０の状態を破線で示す。この場合、液体界面は、第２液体と第１液体との間の圧力差に応じて、破線で示される形状を持つ。この状態では、液体界面は、貫通孔２５０を形成する側面部４５２における第１液体側の端部と側面部４５４における第１液体側の端部とに担持される。そして、貫通孔２５０の中心で像側に頂点を持つアーチ状の液体界面が形成される。本状態のマイクロレンズ１５２は、図４に例示した液体界面４０２のように、負の屈折力をもつ形状を持つ。
【００５２】
駆動部４９０が弾性面４８０を押して液体領域３３０の体積を減少させると、液体領域３１０の内圧が高まり、第１液体と第２液体との間で圧力が釣り合うよう液体界面は第２液体側に移動する。この状態では、液体界面は、例えば貫通孔２５０の側面部４５２における第２液体側の端部と貫通孔２５０の側面部４５４における第２液体側の端部とを結ぶ一点鎖線で示すような平面状の液体界面が形成される。本状態のマイクロレンズ１５２は、図４に例示した液体界面４００のように、実質的に屈折力を持たない形状を持つ。
【００５３】
駆動部４９０が弾性面４８０をさらに押して液体領域３３０の体積をさらに減少させると、液体領域３１０の内圧がさらに高まり、第１液体と第２液体との間で圧力が釣り合うよう液体界面は第２液体側にさらに移動する。この状態では、側面部４５２における第２液体側の端部と側面部４５４における第２液体側の端部とに液体界面が担持されたまま、実線で示すように貫通孔２５０の中心で物体側に頂点を持つアーチ状の液体界面が形成される。本状態のマイクロレンズ１５２は、図４に例示した液体界面４０１のように、正の屈折力を持つ。
【００５４】
制御部１８０は、マイクロレンズ１５２の実効的な開口率を高める場合には、駆動部４９０の先端部を、液体領域３３０の体積が低下する方向に変位させる。また、制御部１８０は、マイクロレンズ１５２の実効的な開口率を低下させる場合には、駆動部４９０の先端部を、液体領域３３０の体積が増加する方向に変位させる。このように、制御部１８０は、第１液体と第２液体との複数の界面の形状を制御することにより、複数の受光素子１６２の実効的な開口率を制御することができる。特に本例のマイクロレンズ部１５０によれば、制御部１８０は、第１液体を保持する領域の内圧を制御することにより、複数のマイクロレンズ１５２を形成する液体界面の形状を一括して制御することができる。このため、複数のマイクロレンズ１５２を一括して高速に制御することができる。
【００５５】
Ｂ領域に属するマイクロレンズ１５２の形状制御も、Ａ領域と同様である。具体的には、液体領域３１１の内圧は、液体領域３１１に連通する液体領域３３１の内圧制御によって制御される。液体領域３１１の内圧は、駆動部４９０とは独立して駆動される駆動部４９１によって制御される。駆動部４９１は、駆動部４９０と同様、ピエゾ素子などの圧電素子であってよい。具体的には、ハウジング４５０は液体領域３３１内の第１液体に接する弾性面４８１を持ち、駆動部４９１が液体領域３３１の体積を制御すべく弾性面４８１を変位させる。Ｂ領域に属するマイクロレンズ１５２の形状制御は、駆動部４９１により制御される点を除いて、Ａ領域に属するマイクロレンズ１５２の形状制御と同様であるので、説明を省略する。本図では、Ｂ領域において、駆動部４９１が弾性面４８１を変位させていない状態を実線で示す。この場合、液体界面は実線で示される形状を持つ。
【００５６】
このように、Ａ領域に属するマイクロレンズ１５２とＢ領域に属するマイクロレンズ１５２とは、それぞれ駆動部４９０および駆動部４９１によって互いに独立して制御される。このため、Ａ領域に属するマイクロレンズ１５２の形状とＢ領域に属するマイクロレンズ１５２の形状とを個別に制御することができる。なお、各小領域における第１液体の内圧は、１以上の駆動部によって制御されてもよい。本例で説明したように、制御部１８０は、液体界面の形状を制御して複数のマイクロレンズ１５２の屈折力を制御することにより、複数の受光素子１６２の実効的な開口率を制御する。
【００５７】
図６は、像領域の分割例を模式的に示す。本例では、受光部１６０上の四の像領域毎に、受光素子１６２の実効的な開口率がそれぞれ一括制御される。図５において説明したＡ領域およびＢ領域は、本例における第１受光素子領域６００および第２受光素子領域６０１に対応する。
【００５８】
具体的には、マイクロレンズ部１５０の液体領域が行方向および列方向にそれぞれ隔壁４６０で２分割され、全部で四の小領域が形成される。すなわち、受光部１６０において、第１受光素子領域６００、第２受光素子領域６０１、第３受光素子領域６０２および第４受光素子領域６０３における実効的な開口率が、独立して制御される。
【００５９】
各小領域に属するマイクロレンズ１５２の形状は、独立した駆動部によって制御される。具体的には、駆動部４９０、駆動部４９１、駆動部４９２および駆動部４９３が、四の小領域に対応して設けられ、各駆動部が対応する小領域に属するマイクロレンズ１５２の形状を制御する。このため、第１受光素子領域６００に属する受光素子１６２、第２受光素子領域６０１に属する受光素子１６２、第３受光素子領域６０２に属する受光素子１６２および第４受光素子領域６０３に属する受光素子１６２の実効的な開口率が、互いに独立に制御される。
【００６０】
図７は、像領域の他の分割例を模式的に示す。本例では、受光部１６０上の六の像領域毎に、実効的な開口率がそれぞれ一括制御される。具体的には、マイクロレンズ部１５０の液体領域が行方向に３分割され、列方向に２分割される。すなわち、全部で六の小領域が形成される。これにより、受光部１６０において、第１受光素子領域７００、第２受光素子領域７０１、第３受光素子領域７０２、第４受光素子領域７０３、第５受光素子領域７０４および第６受光素子領域７０５における実効的な開口率が、独立して制御される。
【００６１】
図６に例示した分割例と同様、各小領域に属するマイクロレンズ１５２の形状は、独立した駆動部によって制御される。具体的には、駆動部４９０、駆動部４９１、駆動部４９２、駆動部４９３、駆動部４９４および駆動部４９５が、六の小領域に対応して設けられ、各駆動部が対応する小領域に属するマイクロレンズ１５２の形状を制御する。
【００６２】
図５から図７に関連して説明したように、貫通孔２５０をそれぞれ複数持つ複数の小領域のそれぞれに対応して駆動部が設けられ、当該複数の駆動部が、それぞれ対応する小領域に充填される第１液体の内圧をそれぞれ一括して制御する。したがって、撮像装置１０によれば、小領域毎、すなわち像領域毎に、実効的な開口率を望ましい値に制御することができる。なお、図６および図７において像領域をそれぞれ四分割および六分割する分割例を示したが、２以上の任意の数の像領域に分割してよい。
【００６３】
図８は、制御部１８０による制御内容をテーブル形式で示す。制御部１８０は、複数の受光素子１６２により撮像される画像の画質に基づき、受光素子１６２の実効的な開口率を制御する。具体的には、制御部１８０は、画像に含まれるエリアジング信号の強さおよび画像の明るさに基づき、受光素子１６２の実効的な開口率を制御する。エリアジング信号の強さおよび画像の明るさは、実効的な開口率を制御する場合に用いる画質指標値の一例とする。
【００６４】
制御部１８０は、エリアジング信号の強さが予め定められた値以上である場合、実効的な開口率を高めることにより、高域の空間周波数成分を低減する。具体的には、図４に例示した状態ＩＩまたは状態ＩＶに向けて、液体界面の状態を制御する。このように、制御部１８０は、画像がより強いエリアジング信号を含む場合に、複数の受光素子１６２の実効的な開口率をより高めるべく液体界面の形状を制御する。なお、制御部１８０は、画像の明るさが予め定められた値以上である場合、画像に白飛びが生じることを防ぐべく絞り部１２０を制御して光束を絞ってもよい。画像の明るさが予め定められた値より小さい場合、制御部１８０は絞り部１２０を制御しなくてよい。また、制御部１８０は、絞り部１２０の制御に替えて、または、絞り部１２０の制御に加えて露光時間を制御してもよい。例えば、制御部１８０は、画像に白飛びが生じることを防ぐべく、露光時間を短くしてよい。このように、制御部１８０は、エリアジング信号が予め定められた値より強い場合、受光素子１６２により撮像される画像の明るさが予め定められた値以上であることを条件として、露出量を低下してよい。
【００６５】
また、制御部１８０は、エリアジング信号の強さが予め定められた値より小さい場合、受光素子１６２によって撮像される画像の明るさに基づき、実効的な開口率を制御する。具体的には、制御部１８０は、画像の明るさが予め定められた値以上である場合、実効的な開口率を低下させることにより、解像力を高める。具体的には、図４に例示した状態ＩＩＩまたは状態Ｖに向けて、液体界面の状態を制御する。また、制御部１８０は、画像の明るさが予め定められた値より小さい場合、高いＳＮ比で撮像すべく、実効的な開口率を高める。このように、制御部１８０は、画像がより暗い場合に、複数の受光素子１６２の実効的な開口率をより高めるべく液体界面の形状を制御する。なお、制御部１８０は、実効的な開口率の制御に加えて、絞り部１２０を制御して受光素子１６２が受光できる光量を増加させてもよい。また、制御部１８０は、絞り部１２０の制御に替えて、または、絞り部１２０の制御に加えて露光時間を制御してもよい。例えば、制御部１８０は、受光素子１６２により撮像される画像の明るさが予め定められた値より小さい場合、実効的な開口率を制御するとともに露出量を増加してもよい。
【００６６】
制御部１８０は、本例で示した制御をするべく、エリアジング信号の強さおよび画像の明るさに対応づけて、制御値を対応づけて記憶してよい。制御値としては、駆動部４９０に印加する電圧値を例示することができる。画像の明るさに基づいて実効的な開口率を高める場合、実効的な開口率を高めるほど解像力が低下する。このため、制御部１８０は、一定の明るさおよび解像力を得るのに必要な制御値を、明るさに対応づけて予め記憶していてよい。例えば、制御部１８０は、予め定められた第１の明るさ以下の明るさに対応づけて、実効的な開口率を最大値にする制御値を記憶していてよい。これにより、解像力を高めることよりも明るさ確保を優先することができる。この場合、ＳＮ比の高い画像を生成することができる。したがって、暗い画像中で特に目立つノイズを低減することができる。また、制御部１８０は、第１の明るさより大きい明るさに対応づけて、実効的な開口率を最大値未満とする制御値を記憶していてよい。これにより、明るさを確保しＳＮ比を高めつつ、一定の解像力を得ることができる場合がある。
【００６７】
以上に説明したように、制御部１８０は、複数の受光素子１６２により撮像される画像の画質に基づいて、複数の受光素子１６２の実効的な開口率を制御すべく液体界面の形状を制御する。なお、制御部１８０は、本図に関連して説明した制御を、画像領域毎に行ってよい。すなわち、制御部１８０は、画像内の第１像領域よりも第２像領域が暗い場合に、第２像領域の像を形成する複数の受光素子１６２の実効的な開口率を、第１像領域の像を形成する複数の受光素子１６２の実効的な開口率よりも高めるべく、第１像領域に対応する液体界面と第２像領域に対応する液体界面とを異なる形状に制御してよい。また、制御部１８０は、画像内の第１像領域よりも第２像領域がより強いエリアジング信号を含む場合に、第２像領域の像を形成する複数の受光素子１６２の実効的な開口率を、第１像領域の像を形成する複数の受光素子１６２の実効的な開口率よりも高めるべく、第１像領域に対応する液体界面と第２像領域に対応する液体界面とを異なる形状に制御してよい。
【００６８】
なお、制御部１８０は、予め撮像した予備画像に基づき、受光素子１６２によって撮像される画像の明るさを特定してよい。また、制御部１８０は、エリアジング信号の強さを、複数の予備画像に基づき特定することができる。入力された光信号のうちナイキスト周波数ｆＮを超える空間周波数成分は、ナイキスト周波数ｆＮで折り返された空間周波数位置にエリアジング信号として表れる。一方、図２に示したように、振幅変調度は、開口率によって特に高い空間周波数領域で大きく変化する。このため、制御部１８０の制御により実効的な開口率を互いに異ならせた状態で複数の予備画像を撮像すると、各予備画像には、異なる強さのエリアジング信号がが重畳される。具体的には、より低い開口率で撮像された予備画像ほど、より強い強さのエリアジング信号が折り返し周波数位置に重畳される。したがって、制御部１８０は、レンズ１１０の空間周波数応答と、複数の予備画像の空間周波数成分の比較結果とに基づき、エリアジング信号の強さまたはエリアジング信号の有無を特定することができる。
【００６９】
図９は、制御部１８０による他の制御例を示す。制御部１８０は、複数の受光素子１６２の露光期間中に、界面の形状を異なる形状に変化させて撮像させる。ここでは、動画撮影を例に挙げて、制御部１８０による制御の一例を説明する。
【００７０】
制御部１８０は、時刻ｔ１からｔ２までの第１露光期間に受光部１６０を露光して、動画を構成する画像としての１フレームを撮像させる。制御部１８０は、第１露光期間中に、図４に例示した状態ＩＩＩから状態Ｉを経て状態ＩＩまで時間的に連続的に液体界面の形状を制御する。仮にエリアジング成分が表れるような被写体を撮像する場合でも、エリアジング信号の強さは、状態ＩＩＩよりも状態Ｉの方が小さくなる。また、エリアジング信号の強さは、状態Ｉよりも状態ＩＩの方が小さくなる。このため、一露光期間にわたって状態ＩＩＩで撮像した場合と比較して、エリアジング信号の強度を相対的に低下させることができる。
【００７１】
そして、制御部１８０は、第１露光期間に続く第２露光期間である時刻ｔ３からｔ４までの間に、図４に例示した状態ＩＩから状態Ｉを経て状態ＩＩＩまで連続的に液体界面の形状を制御して、次の１フレームを撮像させる。制御部１８０は、第２露光期間に続く次の第３露光期間である時刻ｔ５らｔ６までの間に、第１露光期間と同様、図４に例示した状態ＩＩＩから状態Ｉを経て状態ＩＩまで連続的に液体界面の形状を制御して、次の１フレームを撮像させる。その後の各露光期間において、制御部１８０は、第２露光期間内での液体界面の変化と、第１露光期間内での液体界面の変化とを順次に繰り返す。このように、制御部１８０は、一フレームを撮像する一露光期間中に、マイクロレンズ１５２を形成する液体界面を一方向に移動させる。また、制御部１８０は、連続する二の露光期間で、マイクロレンズ１５２を形成する液体界面を一往復させる。この動作を繰り返すことにより、動画を構成する複数のフレームを撮像させる。
【００７２】
本例では制御部１８０が液体界面の状態を時間的に連続的に制御するとしたが、制御部１８０は、液体界面の状態を段階的に制御してもよい。例えば、制御部１８０は、第１露光期間内において、状態ＩＩＩ、状態Ｉおよび状態ＩＩのそれぞれの状態を予め定められた時間保持してよい。この場合、液体界面は時間的に３段階にステップ状に変化される。他の露光期間についても同様に、液体界面をステップ状に変化してよい。また、本例では、動画を構成する画像としてフレーム画像を例示したが、動画を構成する画像はフィールド画像であってよい。また、本例では動画撮影を例に挙げて制御部１８０の制御の一例を説明したが、本制御は動画撮影に限らず静止画撮影にも適用することができる。
【００７３】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００７４】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００７５】
１０ 撮像装置
１１０ レンズ
１２０ 絞り部
１５０ マイクロレンズ部
１５２ マイクロレンズ
１６０ 受光部
１６２ 受光素子
１７０ 画像処理部
１８０ 制御部
１９０ 画像記録部
２００ 受光開口
２１０、２２０ 光学応答
２５０ 貫通孔
２６０ カラーフィルタ
３１０、３２０、３３０ 液体領域
３１１、３２１、３３１ 液体領域
４００、４０１、４０２、４０３、４０４ 液体界面
４１０ 遮光部
４２０ 光受口部
４４０ 仕切板
４５０ ハウジング
４５２ 側面部
４５４ 側面部
４６０ 隔壁
４９０、４９１、４９２、４９３、４９４、４９５ 駆動部
４８０、４８１ 弾性面
６００ 第１受光素子領域
６０１ 第２受光素子領域
６０２ 第３受光素子領域
６０３ 第４受光素子領域
７００ 第１受光素子領域
７０１ 第２受光素子領域
７０２ 第３受光素子領域
７０３ 第４受光素子領域
７０４ 第５受光素子領域
７０５ 第６受光素子領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率が互いに異なる第１液体と第２液体との界面によりそれぞれ形成された複数の光学要素と、
前記複数の光学要素にそれぞれ対応して設けられ、対応する光学要素を通じて被写体光を受光する光受口部を持つ複数の受光素子と、
複数の前記界面の形状を制御することにより、前記複数の受光素子の実効的な開口率を制御する制御部と
を備える撮像デバイス。
【請求項２】
前記制御部は、前記複数の受光素子により撮像される画像の画質に基づいて、前記複数の受光素子の実効的な開口率を制御すべく前記界面の形状を制御する
請求項１に記載の撮像デバイス。
【請求項３】
前記制御部は、前記画像がより暗い場合に、前記複数の受光素子の実効的な開口率をより高めるべく前記界面の形状を制御する
請求項２に記載の撮像デバイス。
【請求項４】
前記制御部は、前記画像内の第１像領域よりも第２像領域が暗い場合に、前記第２像領域の像を形成する複数の受光素子の実効的な開口率を、前記第１像領域の像を形成する複数の受光素子の実効的な開口率よりも高めるべく、前記第１像領域に対応する前記界面と前記第２像領域に対応する前記界面とを異なる形状に制御する
請求項３に記載の撮像デバイス。
【請求項５】
前記制御部は、前記画像がより強いエリアジング信号を含む場合に、前記複数の受光素子の実効的な開口率をより高めるべく前記界面の形状を制御する
請求項２から４のいずれかに記載の撮像デバイス。
【請求項６】
前記制御部は、前記画像内の第１像領域よりも第２像領域がより強いエリアジング信号を含む場合に、前記第２像領域の像を形成する複数の受光素子の実効的な開口率を、前記第１像領域の像を形成する複数の受光素子の実効的な開口率よりも高めるべく、前記第１像領域に対応する前記界面と前記第２像領域に対応する前記界面とを異なる形状に制御する
請求項５に記載の撮像デバイス。
【請求項７】
前記制御部は、前記複数の受光素子の露光期間中に、前記界面の形状を異なる形状に変化させる
請求項１に記載の撮像デバイス。
【請求項８】
前記第１液体および前記第２液体を内部に保持するハウジングと、
前記ハウジングの内部を、前記第１液体が充填される第１液体領域と前記第２液体が充填される第２液体領域とに分割する仕切板と
をさらに備え、
前記仕切板には、複数の前記光受口部のそれぞれに対応して貫通孔が形成され、
前記複数の光学要素は、複数の前記貫通孔のそれぞれにおける前記第１液体と前記第２液体との界面によって形成され、
前記制御部は、前記第１液体を保持する領域の内圧を制御することにより、前記複数の界面の形状を制御する
請求項１から７のいずれかに記載の撮像デバイス。
【請求項９】
前記貫通孔をそれぞれ複数持つ複数の小領域に前記第１液体領域を分割する隔壁
をさらに備え、
前記撮像デバイスは、
前記複数の小領域のそれぞれに対応して設けられ、対応する小領域に充填される前記第１液体の内圧を一括して制御する複数の内圧制御部
をさらに備える請求項８に記載の撮像デバイス。
【請求項１０】
前記複数の光学要素はそれぞれ、前記界面がレンズ状に制御され得るレンズ要素であり、
前記制御部は、前記界面の形状を制御して前記複数の光学要素の屈折力を制御することにより、前記複数の受光素子の実効的な開口率を制御する
請求項１から９のいずれかに記載の撮像デバイス。
【請求項１１】
前記制御部は、前記界面の形状を、前記光受口部より像側に焦点を結ぶ第１の屈折力を持つ形状と、前記第１の屈折力よりも小さい第２の屈折力を持つ形状とに切り替えることにより、前記複数の受光素子の実効的な開口率が高い状態と前記複数の受光素子の実効的な開口率が低い状態とに切り替える
請求項１０に記載の撮像デバイス。
【請求項１２】
前記制御部は、前記界面の形状を、前記光受口部より像側に焦点を結ぶ形状と、前記光受口部より物体側に焦点を結ぶ屈折力を持つ形状との間で切り替えることにより、前記複数の受光素子の実効的な開口率が高い状態と前記複数の受光素子の実効的な開口率が低い状態とに切り替える
請求項１０に記載の撮像デバイス。
【請求項１３】
被写体を撮像する撮像装置であって、
請求項１から１２のいずれかに記載の撮像デバイスと、
前記複数の受光素子に被写体光を結像する結像レンズ系
を備える撮像装置。
【請求項１】
屈折率が互いに異なる第１液体と第２液体との界面によりそれぞれ形成された複数の光学要素と、
前記複数の光学要素にそれぞれ対応して設けられ、対応する光学要素を通じて被写体光を受光する光受口部を持つ複数の受光素子と、
複数の前記界面の形状を制御することにより、前記複数の受光素子の実効的な開口率を制御する制御部と
を備える撮像デバイス。
【請求項２】
前記制御部は、前記複数の受光素子により撮像される画像の画質に基づいて、前記複数の受光素子の実効的な開口率を制御すべく前記界面の形状を制御する
請求項１に記載の撮像デバイス。
【請求項３】
前記制御部は、前記画像がより暗い場合に、前記複数の受光素子の実効的な開口率をより高めるべく前記界面の形状を制御する
請求項２に記載の撮像デバイス。
【請求項４】
前記制御部は、前記画像内の第１像領域よりも第２像領域が暗い場合に、前記第２像領域の像を形成する複数の受光素子の実効的な開口率を、前記第１像領域の像を形成する複数の受光素子の実効的な開口率よりも高めるべく、前記第１像領域に対応する前記界面と前記第２像領域に対応する前記界面とを異なる形状に制御する
請求項３に記載の撮像デバイス。
【請求項５】
前記制御部は、前記画像がより強いエリアジング信号を含む場合に、前記複数の受光素子の実効的な開口率をより高めるべく前記界面の形状を制御する
請求項２から４のいずれかに記載の撮像デバイス。
【請求項６】
前記制御部は、前記画像内の第１像領域よりも第２像領域がより強いエリアジング信号を含む場合に、前記第２像領域の像を形成する複数の受光素子の実効的な開口率を、前記第１像領域の像を形成する複数の受光素子の実効的な開口率よりも高めるべく、前記第１像領域に対応する前記界面と前記第２像領域に対応する前記界面とを異なる形状に制御する
請求項５に記載の撮像デバイス。
【請求項７】
前記制御部は、前記複数の受光素子の露光期間中に、前記界面の形状を異なる形状に変化させる
請求項１に記載の撮像デバイス。
【請求項８】
前記第１液体および前記第２液体を内部に保持するハウジングと、
前記ハウジングの内部を、前記第１液体が充填される第１液体領域と前記第２液体が充填される第２液体領域とに分割する仕切板と
をさらに備え、
前記仕切板には、複数の前記光受口部のそれぞれに対応して貫通孔が形成され、
前記複数の光学要素は、複数の前記貫通孔のそれぞれにおける前記第１液体と前記第２液体との界面によって形成され、
前記制御部は、前記第１液体を保持する領域の内圧を制御することにより、前記複数の界面の形状を制御する
請求項１から７のいずれかに記載の撮像デバイス。
【請求項９】
前記貫通孔をそれぞれ複数持つ複数の小領域に前記第１液体領域を分割する隔壁
をさらに備え、
前記撮像デバイスは、
前記複数の小領域のそれぞれに対応して設けられ、対応する小領域に充填される前記第１液体の内圧を一括して制御する複数の内圧制御部
をさらに備える請求項８に記載の撮像デバイス。
【請求項１０】
前記複数の光学要素はそれぞれ、前記界面がレンズ状に制御され得るレンズ要素であり、
前記制御部は、前記界面の形状を制御して前記複数の光学要素の屈折力を制御することにより、前記複数の受光素子の実効的な開口率を制御する
請求項１から９のいずれかに記載の撮像デバイス。
【請求項１１】
前記制御部は、前記界面の形状を、前記光受口部より像側に焦点を結ぶ第１の屈折力を持つ形状と、前記第１の屈折力よりも小さい第２の屈折力を持つ形状とに切り替えることにより、前記複数の受光素子の実効的な開口率が高い状態と前記複数の受光素子の実効的な開口率が低い状態とに切り替える
請求項１０に記載の撮像デバイス。
【請求項１２】
前記制御部は、前記界面の形状を、前記光受口部より像側に焦点を結ぶ形状と、前記光受口部より物体側に焦点を結ぶ屈折力を持つ形状との間で切り替えることにより、前記複数の受光素子の実効的な開口率が高い状態と前記複数の受光素子の実効的な開口率が低い状態とに切り替える
請求項１０に記載の撮像デバイス。
【請求項１３】
被写体を撮像する撮像装置であって、
請求項１から１２のいずれかに記載の撮像デバイスと、
前記複数の受光素子に被写体光を結像する結像レンズ系
を備える撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−８５１７８（Ｐ２０１２−８５１７８Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３０８９１（Ｐ２０１０−２３０８９１）
【出願日】平成２２年１０月１３日（２０１０．１０．１３）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１３日（２０１０．１０．１３）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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