JP2011248148A - レンズ装置及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】特性の異なる複数の液体レンズを一括して制御するレンズ装置を提供する。
【解決手段】複数のレンズが形成されるレンズ装置であって、互いに混合しない第１の液体および第２の液体が充填されるハウジングと、ハウジングの内部を、それぞれが第１の液体または第２の液体のいずれか一方が充填される複数の領域に分割するように設けられる仕切板と、第１の液体が充填される領域の内圧を制御する圧力制御部とを備え、仕切板には、第１の液体および第２の液体の界面によりそれぞれ特性の異なる複数のレンズが形成される複数の開口部が設けられ、第１の液体が充填されるハウジングの内部における領域は、当該液体が移動できるように連結しているレンズ装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、レンズ装置及び撮像装置に関する。

近年、液体界面を屈折面とした可変焦点レンズが注目されている（例えば、特許文献１および２参照）。このレンズは、混合しない二つの液体の間における界面の形状を、圧力により変化させることで可変焦点を実現する。これら二液の間における界面の操作は、容器に形成されたアパーチャに流れ込む液体の量を制御することによって行う。例えば、レンズに流れ込む流体の量を増減してレンズの曲率を変えることができる。レンズの曲率を変えることで、その焦点距離が変化する。
特許文献１ 特開２００９−２１７２４９号公報
特許文献２ 特表２００９−５２７７９５号公報

従来の二液混合タイプの液体レンズにおいて、一方の液体の圧力を制御することでレンズの特性を制御することができる。また、例えば被写界深度を広げるために、特性の異なる複数のレンズを配列したレンズアレイを用いた撮像系が知られている。この場合、上述した圧力制御のレンズ系をアレイ状に配列すると、圧力制御装置の個数がレンズの個数に応じて増大してしまい、装置規模が増大してしまう。

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、複数のレンズが形成されるレンズ装置であって、互いに混合しない第１の液体および第２の液体が充填されるハウジングと、ハウジングの内部を、それぞれが第１の液体または第２の液体のいずれか一方が充填される複数の領域に分割するように設けられる仕切板と、第１の液体が充填される領域の内圧を制御する圧力制御部とを備え、仕切板には、第１の液体および第２の液体の界面によりそれぞれ特性の異なる複数のレンズが形成される複数の開口部が設けられ、第１の液体が充填されるハウジングの内部における領域は、当該液体が移動できるように連結しているレンズ装置。

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。

第１実施形態に係るレンズ装置１００の断面図である。 第１実施形態に係るレンズ装置１００のＡ−Ａ断面図である。 第１実施形態に係るレンズ装置１００の光路例を示す。 第２実施形態に係るレンズ装置６００の断面図である。 レンズ装置６００におけるハウジング２００の斜視図を示す。 第３実施形態に係るレンズ装置７００を示す。 圧力制御部５００の構成を示す。 駆動部５２０による液体レンズのレンズ特性の変化を示す。 駆動部５２０による液体レンズのレンズ特性の変化を示す。 駆動部５２０による液体レンズのレンズ特性の変化を示す。 本発明の一実施形態に係る撮像装置８００の機能構成の一例を示す。

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。

図１は、第１実施形態に係るレンズ装置１００の断面図である。レンズ装置１００は、ハウジング２００と、ハウジング２００の内部に含まれる複数のチャンバ２１０、３１０と、ハウジング２００の内部を複数のチャンバ２１０、３１０に区画する仕切板４００とを備える。

ハウジング２００には、互いに混合しない第１の液体および第２の液体が充填される。第１の液体および第２の液体は、仕切板４００に設けられる開口において接触し、２液体の界面により液体レンズを形成する。ハウジング２００には、光が透過する窓部３３０および窓部２３０が設けられる。窓部３３０および窓部２３０は、ハウジング２００の内部に形成される液体レンズに対応して設けられる。

本例の窓部３３０および窓部２３０は、ハウジング２００において対向する面に設けられる。また、図１に示すように、対向する窓部３３０および窓部２３０は、複数組（例えば窓部３３０ａおよび窓部２３０ａの組と、窓部３３０ｂおよび窓部２３０ｂの組）設けられる。

ハウジング２００は、窓部３３０が設けられる外壁と、窓部２３０が設けられる外壁とを有する。本例のハウジング２００は、第１の外壁３００と、天板である第２の外壁３２０と、底板である第３の外壁２２０とを有する。第２の外壁３２０および第３の外壁２２０は平行して配置される。第２の外壁３２０および第３の外壁２２０は同一形状を有してよい。

第１の外壁３００は、第２の外壁３２０および第３の外壁２２０との間の領域を密閉するように設けられる。第１の外壁３００は、上端が第２の外壁３２０で覆われ、下端が第３の外壁２２０で覆われる筒形状を有してよい。一例として、第１の外壁３００は四角柱の筒形状であり、第２の外壁３２０および第３の外壁２２０は、当該四角柱の上面および底面として配置される。この場合、ハウジング２００は箱形となる。

各外壁は、不透明なガラス、セラミック、重合体から形成されてよい。上述したように、第２の外壁３２０は、光が透過する窓部３３０ａ、３３０ｂを有する。第３の外壁２２０は光を透過する窓部２３０ａ、２３０ｂを有する。窓部２３０ａ、２３０ｂ、３３０ａ、３３０ｂは、例えば透明なガラスで形成される。また、第２の外壁３２０および第３の外壁２２０全体が、透明なガラスまたは樹脂等で形成されてよい。

仕切板４００は、ハウジング２００の内部を、それぞれが第１の液体または第２の液体のいずれか一方が充填される複数の領域に分割する。このとき、同一の液体が充填されるハウジング２００の内部における領域は、当該液体が移動できるように連結される。同一の液体が充填される複数の領域が連結されるとは、同一の液体が単一の領域に充填されることを含む。

本例の仕切板４００は、ハウジング２００の内部を、第１の液体が充填される単一の領域（チャンバ２１０）と、第２の液体が充填される単一の領域（チャンバ３１０）に分割する。チャンバ３１０は第２の外壁３２０を含む位置に設けられ、チャンバ２１０は第３の外壁２２０を含む位置に設けられる。

仕切板４００は、第２の外壁３２０および第３の外壁２２０と平行に設けられてよい。本例の仕切板４００は、第２の外壁３２０および第３の外壁２２０の中間に、これらの外壁と平行に設けられる。仕切板４００は、開口部４１４、４２４を介する移動の他には、チャンバ２１０およびチャンバ３１０の間で液体を移動させないように設けられる。つまり、仕切板４００は、第１の外壁３００の内面と密着して形成される。仕切板４００は、第１の外壁３００で囲まれる領域を、第２の外壁３２０および第３の外壁２２０と平行な面で切断した場合の断面形状と同一の外形を有する。

複数のチャンバ２１０、３１０は、内部にそれぞれ異なる特性の液体が充填される。チャンバ２１０に充填されている液体を第１の液体、チャンバ３１０に充填されている液体を第２の液体とする。それぞれの第１の液体、第２の液体は、水と油のように接触状態において互いに混合しない材質である。例えば、第１の液体及び第２の液体は、ＰＤＭＳ（Ｐｏｌｙ−Ｄｉｍｅｔｈｙｌ−Ｓｉｌｏｘａｎｅ）と純水である。また、第１の液体と第２の液体の屈折率は互いに異なる。例えば、第１の液体の屈折率よりも第２の液体の屈折率の方が小さい。

また、第１の液体の密度と第２の液体の密度とは実質的に等しいことが好ましい。第２の液体は、所定の物質を溶解した水溶液であってよい。この場合、第２の液体に溶解させる物質の量を調整することで、第１の液体および第２の液体の密度を略等しくすることができる。

仕切板４００は、複数の開口部を有する。以下、仕切板が２つの開口部４１４、４２４を有する場合を例示して説明するが、開口部の数はこれに限定されない。開口部４１４、４２４は、仕切板４００を貫通して設けられ、第１の液体および第２の液体を接触させる。

開口部４１４、４２４を介して、第１の液体および第２の液体が接触して、液体の界面が形成される。チャンバ２１０およびチャンバ３１０の内圧差と、開口部４１４、４２４の縁における液体の表面張力により、開口部４１４、４２４における液体の界面はレンズ形状となる。これにより、液体界面を屈折面とした可変焦点レンズとして機能する液体レンズが、第１の液体と第２の液体とが接触する界面に形成される。

開口部４１４、４２４の開口形状は、円形、楕円形、正方形、長方形等のように、形成すべき液体レンズの形状に応じて定められる。また、それぞれの開口部４１４、４２４は、対応する窓部３３０および窓部２３０を結ぶ直線上に形成される。それぞれの窓部３３０および窓部２３０の面積および形状は、対応する開口部４１４、４２４の面積および形状に応じて定められる。

それぞれの開口部４１４、４２４は、レンズ特性の異なる液体レンズを形成する。レンズ特性とは、レンズ面の形状、レンズ面の曲率、焦点距離等の特性を指す。例えば２つの開口部４１４、４２４は、異なる面積を有する。本例では、開口部４１４は開口部４２４に比べ、開口部の面積が小さい。一例として開口部４１４の径は、開口部４２４の径より小さい。ここで径とは、相似形の各開口部における対応する２点間の距離を指してよい。例えば円形の開口部の場合には直径を指してよく、正方形の開口部の場合には対角長を指してよい。本例では、開口部４１４の直径は、開口部４２４の直径よりも小さい。この場合、開口部４１４には、開口部４２４に形成される第２の液体レンズ４２０よりも曲率の大きい第１の液体レンズ４１０が形成される。

チャンバ２１０に充填された液体の圧力を所定の高圧にすると、液体の圧力差と表面張力とがつりあうように、それぞれの液体レンズは仕切板４００のチャンバ３１０側の面において上に凸のレンズとなる。この場合、第２の液体が占有できる体積が減少するので、第２の液体の内圧が上昇することも考えられる。チャンバ３１０は、第２の液体の内圧が上昇したことに伴って内部領域を拡張できるように、外壁の少なくとも一部の領域が弾性を有してよい。当該弾性を有する領域は、第１の外壁３００に設けられてよい。

チャンバ２１０に充填された液体の圧力を徐々に減少させると、図１において点線で示すレンズ面から実線で示すレンズ面に変化するように、それぞれの液体レンズの曲率が徐々に減少して、やがて仕切板４００のチャンバ３１０側の面と略平行になる。

更にチャンバ２１０に充填された液体の圧力を減少させると、第１の液体および第２の液体の界面は、仕切板４００のチャンバ２１０側の面に向かって移動する。当該界面が、仕切板４００のチャンバ２１０側の面に到達した後に、更にチャンバ２１０に充填された液体の圧力を減少させると、液体の圧力差と表面張力とがつりあうように、それぞれの液体レンズは仕切板４００のチャンバ２１０側の面において下に凸のレンズとなる。

本例の開口部４２４は、開口部４１４に比べて口径が大きいため、レンズの高さが第１の液体レンズ４１０より低い。ここで、レンズの高さとは、仕切板の開口部の開口端部からレンズの凸形状の頂点までの距離を指す。つまり、レンズの高さは、開口部の直径に反比例する。

複数のチャンバ２１０、３１０のいずれかに、液体の圧力を制御する圧力制御部５００が接続される。本例において、圧力制御部５００は、第１の外壁３００に設けられた開口部２４０を介してチャンバ２１０に接続されている。圧力制御部５００は、開口部２４０を介してチャンバ２１０に第１の液体を供給するか、または、チャンバ２１０から第１の液体を抜き取るかにより、チャンバ２１０の内圧を制御してよい。また、圧力制御部５００は、開口部２４０を介してチャンバ２１０に固形物を挿抜することで、チャンバ２１０の内圧を制御してもよい。当該固形物は、第１の液体に対して不溶性である。

本例によれば、ひとつのチャンバ２１０における液体の圧力を制御することで、異なるレンズ特性の複数の液体レンズ４１０、４２０の曲率を同時に制御することができる。したがって、複雑な構成を必要とせず、複数の液体レンズのレンズ特性を容易かつ迅速に変更することができる。

図２は、ハウジング２００のＡ−Ａ断面図である。本例において、ハウジング２００には、正方形の枠の第１の外壁３００に沿って正方形の仕切板４００が形成されている。仕切板４００の形状は、正方形に限定されない。仕切板４００には、開口部４１４と、開口部４２４が形成される。

開口部４１４には第１の液体レンズ４１０が形成される。開口部４２４には第２の液体レンズ４２０が形成される。液体レンズ４１０、４２０は口径の異なる円形の凸レンズであってよい。本例において、仕切板４００が有する開口部は２つであるが、大きさ及び形状の異なる開口部をアレイ状に配列してもよい。

仕切板４００に形成されるそれぞれの開口部は、開口部２４０からの距離に応じて、面積が定められてもよい。例えば仕切板４００に形成される開口部は、開口部２４０からの距離に応じて面積が漸増または漸減してよい。この場合、それぞれの開口部は、相似形であってよい。

また、仕切板４００にアレイ状に形成される開口部は、アレイの中心からの距離に応じて、面積が定められてもよい。例えば仕切板４００に形成される開口部は、アレイの中心からの距離に応じて面積が漸増または漸減してよい。この場合、それぞれの開口部は、相似形であってよい。

また、仕切板４００に形成される開口部は、一定の間隔で形成されてよく、開口部の面積に応じた間隔で形成されてもよい。例えば開口部の面積が大きいほど、隣接する開口部との距離が大きくなるように、複数の開口部を設けてよい。

図３は、本実施形態に係るレンズ装置１００における光路例を示す。第２の外壁３２０に設けられた窓部３３０ａを通過した光は、チャンバ３１０に充填された第２の液体中を進行し、第１の液体と第２の液体との界面に形成された第１の液体レンズ４１０により屈折され、チャンバ２１０に充填された第１の液体中を進行し、第３の外壁２２０に設けられた窓部２３０ａを通過して焦点位置Ｆ１で合焦する。

第２の外壁３２０に設けられた窓部３３０ｂを通過した光は、チャンバ３１０に充填された第２の液体中を進行し、第１の液体と第２の液体との界面に形成された第２の液体レンズ４２０により屈折され、チャンバ２１０に充填された第１の液体中を進行し、第３の外壁２２０に設けられた窓部２３０ｂを通過して焦点位置Ｆ２で合焦する。

チャンバ２１０の液体の圧力が圧力制御部５００により上昇したとき、液体レンズの界面形状が変化し、液体レンズ４１０、４２０は、それぞれ点線で示す液体レンズとなる。このとき、それぞれの点線で示す液体レンズの焦点距離が変化する。

その結果、窓部３３０ａを通過し第２の液体を進行する光は、液体レンズ４１２により屈折され、第１の液体中を進行し、窓部２３０ａを通過して、Ｆ１よりも光源に近い焦点位置Ｆ１'で合焦する。同様に、窓部３３０ｂを通過し第２の液体を進行する光は、液体レンズ４２２により屈折され、第１の液体中を進行し、窓部２３０ｂを通過して、Ｆ２よりも光源に近い焦点位置Ｆ２'で合焦する。このようにして、口径の異なるそれぞれの液体レンズの焦点距離を圧力制御部５００の動作により同時に制御することができる。

図４は、第２実施形態に係るレンズ装置６００の断面図である。第１実施形態と同じ機能を有する部材には同一符号を付し、説明を省略する。本例のレンズ装置６００における仕切板４０２、４０４、４６０、４７０は、ハウジング２００の内部を４つの小チャンバ２１０ａ、２１０ｂ、３１０ａ、３１０ｂに分割する。

本例の仕切板４０２、４０４、４６０、４７０は、ハウジング２００の内部を、水平方向および垂直方向のそれぞれにおいて２分割する。なお水平方向および垂直方向とは、直交する２方向を指し、地面等を基準にした方向を規定するものではない。

仕切板４０２および仕切板４０４は、ハウジング２００の内部を垂直方向に２分割する。仕切板４０２および仕切板４０４は、図１に関連して説明した仕切板４００と同様の位置に設けられてよい。仕切板４０２および仕切板４０４の間には、隙間４９０が形成される。隙間４９０は、水平方向における略中央に形成されてよい。

仕切板４６０、４７０は、ハウジング２００の内部を水平方向に２分割する。仕切板４６０、４７０は、第２の外壁３２０から第３の外壁２２０に達して設けられる。仕切板４６０、４７０は、ハウジング２００の水平方向における略中央に設けられてよい。仕切板４６０、４７０は、図４に示すように２つの板として形成されてよい。仕切板４６０および仕切板４７０の間には、隙間４９０が形成される。隙間４９０は、垂直方向において仕切板４６０、４７０を２等分するように形成されてよい。なお、仕切板４６０、４７０は、隙間４９０の一部の領域において結合していてもよい。

第１小チャンバ２１０ａは、チャンバ３１０に対して第１の方向に隣接して設けられる。本例において第１の方向は、第３の内壁２０６から第４の内壁２０８に向かう方向を指す。本例の第１小チャンバ２１０ａは、第３小チャンバ３１０ａに対して第１の方向に隣接して設けられる。

第２小チャンバ２１０ｂは、チャンバ３１０に対して第１の方向とは異なる第２の方向に隣接して設けられる。本例において第２の方向は、第４の内壁２０８から第３の内壁に向かう方向を指す。本例の第２小チャンバ２１０ｂは、第４小チャンバ３１０ｂに対して第２の方向に隣接して設けられる。

また、本例の第１小チャンバ２１０ａおよび第２小チャンバ２１０ｂは、ハウジング２００内において対角に配置される。また、第３小チャンバ３１０ａおよび第３小チャンバ３１０ｂは、ハウジング２００内において、第１小チャンバ２１０ａおよび第２小チャンバ２１０ｂとは異なる対角位置に配置される。

本例の第１小チャンバ２１０ａは、仕切板４０２、仕切板４６０、隙間４９０、ハウジング２００の第１の内壁２０２及び第４の内壁２０８で囲まれる領域を指す。また、第２小チャンバ２１０ｂは、仕切板４０４、仕切板４７０、隙間４９０、ハウジング２００の第２の内壁２０４及び第３の内壁２０６で囲まれる領域を指す。また、第３小チャンバ３１０ａは、仕切板４０２、仕切板４７０、および、ハウジング２００の内面で囲まれる領域を指す。また、第４小チャンバ３１０ｂは、仕切板４０４、仕切板４６０、および、ハウジング２００の内面で囲まれる領域を指す。

仕切板４０２、４０４、４６０、４７０において、第１小チャンバ２１０ａおよび第３小チャンバ３１０ａを分離する領域と、第２小チャンバ２１０ｂおよび第４小チャンバ３１０ｂを分離する領域には、それぞれ開口部４１４、４２４が形成される。本例では、仕切板４０２および仕切板４０４に開口部４１４、４２４が形成される。本例の開口部４１４、４２４は、同一形状であってよい。

第１小チャンバ２１０ａおよび第２小チャンバ２１０ｂには、第１の液体が充填される。また、第１小チャンバ２１０ａおよび第２小チャンバ２１０ｂは互いに連結される。第３小チャンバ３１０ａおよび第３小チャンバ３１０ｂには、第２の液体が充填される。また、第３小チャンバ３１０ａおよび第４小チャンバ３１０ｂは互いに連結される。

第１小チャンバ２１０ａおよび第２小チャンバ２１０ｂの組、または、第３小チャンバ３１０ａおよび第３小チャンバ３１０ｂの組のうちの一方の組は、ハウジング２００の内部において連結され、他方の組は、ハウジング２００の外部に設けられたコンジット４８０を介して連結される。本例では、第１小チャンバ２１０ａおよび第２小チャンバ２１０ｂの組が、隙間４９０により連結され、第３小チャンバ３１０ａおよび第４小チャンバ３１０ｂの組が、ハウジング２００の外部に設けられたコンジット４８０により連結されるが、第１小チャンバ２１０ａおよび第２小チャンバ２１０ｂの組がコンジット４８０により連結され、第３小チャンバ３１０ａおよび第４小チャンバ３１０ｂの組が隙間４９０により連結されてもよい。コンジット４８０は、窓部２３０および窓部３３０と重ならないように配置される。

圧力制御部５００は、第１から第４の小チャンバのいずれかに接続される。圧力制御部５００は、隙間４９０により結合される小チャンバのいずれかに接続されてよく、コンジット４８０により結合される小チャンバのいずれかに接続されてもよい。本例において、圧力制御部５００は、第４小チャンバ３１０ｂに接続されており、第２の液体の圧力を制御する。つまり、圧力制御部５００は、第４小チャンバ３１０ｂ内部の液体の圧力を制御することにより、第４小チャンバ３１０ｂと連通する第３小チャンバ３１０ａの内部の液体の圧力も同時に制御される。

第３小チャンバ３１０ａ及び第４小チャンバ３１０ｂの内部の液体の圧力を同時に制御することにより、第１の液体レンズ４１０及び第２の液体レンズ４２０の曲率等のレンズ特性を同時に制御することができる。

図５は、レンズ装置６００におけるハウジング２００の斜視図を示す。図５において、窓部２３０ａ、窓部３３０ａ、開口部２４０、第１の液体レンズ４１０および第２の液体レンズ４２０を省略する。また、ハウジング２００の内部の構造を点線で示す。第１小チャンバ２１０ａおよび第２小チャンバ２１０ｂは、内部の第１の液体が移動可能なように結合される。また、第３小チャンバ３１０ａおよび第４小チャンバ３１０ｂは、内部の第２の液体が移動可能なように結合される。

上述したようにハウジング２００は、第１の仕切板４０２、第２の仕切板４０４、第３の仕切板４６０、第４の仕切板４７０を有する。第１の仕切板４０２は、第１小チャンバ２１０ａおよび第３小チャンバ３１０ａを分離する。第２の仕切板４０４は、第２小チャンバ２１０ｂおよび第４小チャンバ３１０ｂを分離する。

また、第３の仕切板４６０は、第１小チャンバ２１０ａおよび第４小チャンバ３１０ｂを分離する。第４の仕切板４７０は、第２小チャンバ２１０ｂおよび第３小チャンバ３１０ａを分離する。上述したように、第３の仕切板４６０は、第２の仕切板４０４と結合する。これにより、第４小チャンバ３１０ｂは、第１小チャンバ２１０ａおよび第２小チャンバ２１０ｂから分離される。

第４の仕切板４７０は、第１の仕切板４０２と結合する。これにより、第３小チャンバ３１０ａは、第１小チャンバ２１０ａおよび第２小チャンバ２１０ｂから分離される。また、第３の仕切板４６０および第２の仕切板４０４の結合領域と、第４の仕切板４７０および第１の仕切板４０２の結合領域との間には、第１小チャンバ２１０ａおよび第２小チャンバ２１０ｂを結合する隙間４９０が形成される。

より具体的な例として、第１の仕切板４０２および第２の仕切板４０４は、ハウジング２００の内部を上下方向にほぼ２分するように設けられる。なお第１の仕切板４０２および第２の仕切板４０４は、図４および図５に示すように、垂直方向における位置が、隙間４９０の幅に応じた量だけ異なって形成されてよい。例えば第１の仕切板４０２の下面の高さ方向の位置と、第２の仕切板４０４の上面の高さ方向の位置とが略一致するように、第１の仕切板４０２および第２の仕切板４０４が設けられてよい。つまり、第１の液体レンズ４１０および第２の液体レンズ４２０が、高さ方向において同一の位置に形成されるように、第１の仕切板４０２および第２の仕切板４０４が設けられてよい。

また、第３の仕切板４６０および第４の仕切板４７０は、ハウジング２００の内部を左右方向にほぼ２分するように設けられる。第３の仕切板４６０および第４の仕切板４７０は、図４および図５に示すように、水平方向において同一の位置に形成されてよい。そして、水平方向に延伸する一方の仕切板４０２は、垂直方向に延伸する一方の仕切板４６０と結合する。また、水平方向に延伸する他方の仕切板４０４は、垂直方向に延伸する他方の仕切板４７０と結合する。これにより、隙間４９０が形成される。

より具体的には、第１の仕切板４０２および第２の仕切板４０４のそれぞれは、ハウジング２００の内部を水平面で切断した場合の断面を、水平方向および垂直方向の双方と直交する奥行方向の直線により２等分したときに得られるそれぞれの分割平面と略同一の形状を有する。なお、第１の仕切板４０２および第２の仕切板４０４のそれぞれは、当該分割平面よりも、隙間４９０に応じた幅だけ小さくてよい。また、水平面とは、水平方向および奥行方向を含む面を指す。

また、第３の仕切板４６０および第４の仕切板４７０のそれぞれは、ハウジング２００の内部を垂直面で切断した場合の断面を、奥行方向の直線により２等分したときに得られるそれぞれの分割平面と略同一の形状を有する。なお、第３の仕切板４６０および第４の仕切板４７０のそれぞれは、当該分割平面よりも、隙間４９０に応じた幅だけ小さくてよい。また、垂直面とは、垂直方向および奥行方向を含む面を指す。

隙間４９０は、ハウジング２００の内部の、垂直方向における中央であり、且つ、水平方向における中央の位置で、奥行方向に沿って形成される。第１の仕切板４０２は、第１の外壁３００のいずれかの面から、隙間４９０まで延伸して形成される。また、第２の仕切板４０４は、第１の仕切板４０２とは逆側の第１の外壁３００の面から、隙間４９０まで延伸して形成される。第３の仕切板４６０は、第３の外壁２２０から隙間４９０まで延伸して形成される。また、第４の仕切板４７０は、第２の外壁３２０から隙間４９０まで延伸して形成される。

本例のコンジット４８０は、第３小チャンバ３１０ａと第４小チャンバ３１０ｂとを結合する。コンジット４８０は、内部に管状の空洞を有し、第３小チャンバ３１０ａと第４小チャンバ３１０ｂとの間で第２の液体を移動させる。また、コンジット４８０は、ハウジング２００に対して隙間が生じないように設けられることが好ましい。

コンジット４８０は、窓部２３０および窓部３３０と重ならないことを条件として、第３小チャンバ３１０ａと第４小チャンバ３１０ｂとを最短距離で接続することが好ましい。コンジット４８０は、窓部２３０および窓部３３０が設けられない第１の外壁３００に沿って形成されてよい。コンジット４８０は、第１の外壁３００のうち、奥行方向（隙間４９０が延伸する方向）を法線とする面に設けられることが好ましい。第１の外壁３００の当該面は全ての小チャンバと接するので、当該面にコンジット４８０を設けることで、全ての小チャンバの組み合わせを連結させることができる。

また、上述したように、第１小チャンバ２１０ａと第２小チャンバ２１０ｂとは、ハウジング２００の内部の隙間４９０を介して互いに連通する。第１の液体は、隙間４９０を通じて第１小チャンバ２１０ａと第２小チャンバ２１０ｂとの間を流通することができる。また、第２の液体は、コンジット４８０を介して第３小チャンバ３１０ａと第４小チャンバ３１０ｂとの間を流通することができる。

第１の仕切板４０２は、第１小チャンバ２１０ａと第３小チャンバ３１０ａとの間に第１の開口部４１４を有する。第１の開口部４１４において、第１の液体と第２の液体は混合することなく、界面に第１の液体レンズ４１０が形成される。

第２の仕切板４０４は、第２小チャンバ２１０ｂと第４小チャンバ３１０ｂとの間に第２の開口部４２４を有する。第２の開口部４２４において、第１の液体と第２の液体は混合することなく、界面に第２の液体レンズ４２０が形成される。

第１の開口部４１４における第１の液体および第２の液体の位置関係と、第２の開口部４２４における第１の液体および第２の液体の位置関係とが逆転しているので、第１の液体レンズ４１０および第２の液体レンズ４２０は、一方が上に凸のレンズとなり、他方が下に凸のレンズとなる。つまり、第１の開口部４１４および第２の開口部４２４には、レンズ特性の異なる第１の液体レンズ４１０および第２の液体レンズ４２０が形成される。なお、本例において、第１の開口部４１４と、第２の開口部４２４は開口部の面積が略同一であってよい。また、第１の開口部４１４の開口形状と、第２の開口部４２４の開口形状とは同一であってよい。つまり、第１の液体レンズ４１０の焦点距離と第２の液体レンズ４２０の焦点距離とは、略同一であってよい。なお、第１の開口部４１４の面積と、第２の開口部４２４の面積とは異なっていてもよい。

また、本例では２つの開口部を有するハウジング２００を説明したが、ハウジング２００は、より多くの開口部を有してよい。この場合、ハウジング２００は、チャンバ２１０およびチャンバ３１０を、開口部毎に分割した複数の小チャンバを有する。このような構造により、凸レンズまたは凹レンズとして機能する液体レンズのアレイを形成することができる。それぞれの液体レンズが、凸レンズまたは凹レンズのいずれとして機能するかは、それぞれの小チャンバがどのように結合されるかにより定まる。

図６は、第３実施形態に係るレンズ装置７００を示す。第１実施形態と同じ機能を有する部材には同一符号を付し、説明を省略する。レンズ装置７００のハウジング２００は、チャンバ３１０が３以上の開口部に対応する３以上の小チャンバに分割される。本例のチャンバ３１０は、小チャンバ３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃに分割される。チャンバ２１０は、複数の小チャンバ３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃに対して共通に設けられる。

それぞれの小チャンバ３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃには、特性の異なる液体が充填される。例えばそれぞれの小チャンバ３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃには、屈折率の異なる液体が充填される。

ハウジング２００は、複数の小チャンバ３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃを隔てる複数の仕切板７１０が設けられる。それぞれの仕切板７１０は、それぞれの小チャンバ３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃの間で、互いに液体が移動できないように、それぞれの小チャンバ３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃを隔離する。それぞれの仕切板７１０は、チャンバ３１０を、垂直方向および奥行方向を含む垂直面で切断したときの、チャンバ３１０の断面と略同一の形状を有する。それぞれの仕切板７１０は、仕切板４００および第２の外壁３２０の間に、水平方向に所定の間隔で設けられる。

これにより、チャンバ３１０は、複数の小チャンバ３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃに分割される。また、それぞれの小チャンバ３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ内において、仕切板４００に開口部４１４が形成される。それぞれの開口部４１４は、同一の開口面積および開口形状を有してよい。

上述したように、それぞれの小チャンバ３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃに屈折率の異なる液体が充填されるので、それぞれの開口部４１４に形成される液体レンズ４１０のレンズ特性は異なる。そして、チャンバ２１０における第１の液体の圧力を制御することで、それぞれの液体レンズ４１０の曲率を一括して変化させることができる。このような構成によっても、特性の異なる複数の液体レンズ４１０を一括して制御することができる。

また、それぞれの仕切板７１０のヤング率は異なっていてよい。この場合、それぞれの小チャンバ３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃには、同一特性の液体が充填されてよい。それぞれの仕切板７１０のヤング率が異なるので、それぞれの開口部４１４を介して、それぞれの小チャンバ３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃに圧力が印加された場合に、それぞれの小チャンバ３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃの体積の変化量が、小チャンバ毎に異なる。このため、それぞれの液体レンズ４１０の曲率を、小チャンバ毎に異ならせることができる。

図７は、圧力制御部５００の構成を示すブロック図である。圧力制御部５００は、データを入力するデータ入力部５３０と、データ入力部５３０からの信号を受信し、駆動信号を生成する制御部５１０と、駆動信号を受信して駆動する駆動部５２０とを有する。

入力部５３０に入力されるデータは、作業者が予め入力するデータであってよい。また、液体レンズによって得られる像の解析に基づいて動的に生成されるデータであってよい。制御部５１０は、駆動信号を駆動部５２０に送ることによって駆動部５２０の動作を制御してよい。駆動部５２０は、受信した駆動制御信号に基づいて駆動し、チャンバ２１０内の第１の液体の圧力または体積を変化させる。駆動部５２０は、印加電圧に応じて形状を変化させる圧電素子であってよい。例えば、圧電素子は、ピエゾ素子である。

次に、液体レンズを有するレンズ装置の制御について説明する。ステップ１において、入力部５３０にデータが入力される。ここで、データは、被写体までの距離、レンズの焦点距離、仕切板のヤング率、開口部の面積、溶媒の屈折率等のデータを含んでよい。ステップ２において、データが制御部５１０に送信され、制御部５１０は、入力データに基づいて駆動部を制御するための信号を生成する。

ステップ３において、信号が駆動部５２０に送信され、駆動部５２０は信号に基づいて駆動素子を駆動する。駆動素子によってチャンバ内部の圧力が変化し、液体レンズの焦点距離が変化する。ステップ４において、液体レンズよって得られる像の解析結果が入力部５３０にフィードバックされ、制御部５１０に送られて補正信号が生成される。ステップ５において、駆動部５２０は、補正信号に基づいて、再び駆動素子を駆動する。

図８Ａ〜図８Ｃは、圧力制御部５００の構成例および動作例を示す。圧力制御部５００は、駆動部５２０および液体格納部５５０を有する。駆動部５２０は、印加する電圧に応じて伸縮して、液体格納部５５０の壁面を押圧するピエゾアクチュエータであってよい。

液体格納部５５０は、第１の液体を格納する。また、液体格納部５５０において、第１の液体を格納する領域は、開口部２４０を介してチャンバ２１０に接続される。また、第１の液体を格納する領域の壁面は、駆動部５２０からの押圧力に応じてたわむことができる程度に弾性を有する。

図８Ａは、駆動部５２０に電圧が印加されていない状態を示す。つまり、駆動部５２０は伸長せずに、液体格納部５５０の壁面を押圧しない。このとき、チャンバ３１０に充填された第２の液体とチャンバ２１０に充填された第１の液体との界面には、下に凸の液体レンズ４１０、４２０が形成されてよい。

図８Ｂは、駆動部５２０に電圧が印加されて液体格納部５５０の壁面を押圧した状態を示す。液体格納部５５０の壁面が押圧されることで、液体格納部５５０において第１の液体を格納する領域が狭くなり、液体格納部５５０からチャンバ２１０に第１の液体が押し出される。このため、チャンバ２１０内の第１の液体に所定の第１圧力が印加される。このとき、第１の液体の圧力と、第２の液体の圧力は釣り合って、第１の液体と第２の液体との界面は平坦面となってよい。

図８Ｃは、駆動部５２０により大きな電圧が印加されて、液体格納部５５０の壁面をより大きくたわませた状態を示す。このとき、液体格納部５５０からチャンバ２１０に、更に多くの第１の液体が押し出される。このため、チャンバ２１０内の第１の液体には、第１圧力より高い第２圧力が印加される。このとき、第１の液体と第２の液体との界面には、上に凸の液体レンズ４１０、４２０が形成されてよい。

図９は、本発明の一実施形態に係る撮像装置８００の機能構成の一例を示す。撮像装置８００は、撮像系８１０、画像処理系８２０、記録再生系８３０、および制御系８４０を備える。撮像系８１０は、絞り部８１２、レンズ装置８１４および受光部８１６を有する。画像処理系８２０は、Ａ／Ｄ変換器８２２、ＲＧＢ画像処理回路８２４、及びＹＣ処理回路８２６を有する。記録再生系８３０は、記録処理回路８３２及び再生処理回路８３４を有する。制御系８４０は、システム制御部８４２、操作検出回路８４４、駆動回路８４６及び圧力制御部８４８を有する。

絞り部８１２は、レンズ装置８１４を透過する被写体からの光の光量を調節する。絞り部８１２は、絞り部８１２の開口の大小を調節することにより、レンズ装置８１４を透過する光量を調節する。絞り部８１２は、例えば、可視光および赤外光を吸収および／または反射する一方で、可視光および赤外光を通過させる通過部を有する。なお、通過部の形状は、円形または多角形であってよい。

レンズ装置８１４は、被写体からの光を受光部８１６に結像させる。レンズ装置８１４は、図１から図７に関連して説明したレンズ装置１００、レンズ装置６００、または、レンズ装置７００のいずれかと同一の機能および構成を有する。受光部８１６は、被写体からの光を受光する複数の受光素子を含む。なお、（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）ＣＣＤまたは複数の（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）ＣＭＯＳセンサは、受光部８１６の一例である。

撮像系８１０は、撮像範囲から入射する光を、絞り部８１２およびレンズ装置８１４を通して受光部８１６に受光させる。そして、受光部８１６は、複数の受光素子において光を受光して、撮像範囲に含まれる被写体の撮像画像を撮像する。

Ａ／Ｄ変換器８２２は、受光部８１６の複数の受光素子からアナログ電気信号を読み出す。そして、Ａ／Ｄ変換器８２２は、読み出したアナログ電気信号をデジタル信号に変換して、撮像領域の撮像画像を撮像画像データとして取得する。具体的には、Ａ／Ｄ変換器８２２は、受光部８１６において発生するノイズを軽減する処理を受光部８１６から読み出したアナログ電気信号に施すことにより、撮像系８１０が撮像した撮像範囲の撮像画像を示すアナログ電気信号を抽出する。そして、Ａ／Ｄ変換器８２２は、抽出した電気信号の高低部分を予め定められたレベルまでに補正する。続いて、Ａ／Ｄ変換器８２２は、補正後のアナログ電気信号をデジタル信号に変換することにより撮像画像データを取得する。

ＲＧＢ画像処理回路８２４は、Ａ／Ｄ変換器８２２を介して受光部８１６から受信した画像信号を処理する。ＲＧＢ画像処理回路８２４は、ガンマ補正回路を有する。なお、Ａ／Ｄ変換器８２２は、アナログ電気信号のデジタル信号への変換処理をガンマ補正回路によるガンマ変換後に実行してもよい。そして、Ａ／Ｄ変換器８２２は、アナログ電気信号からＲＧＢ各色のアナログ電気信号だけを取り出してデジタル信号へ変換してもよい。

ＲＧＢ画像処理回路８２４は、ホワイトバランス回路を有する。ＲＧＢ画像処理回路８２４は、デジタル信号のデータ量を低減すべくデータ圧縮処理を実行する場合、撮像画像における白の基準値を決定すべく、ホワイトバランス回路においてホワイトバランス処理を実行してもよい。

続いて、ＹＣ処理回路８２６は、ＲＧＢ信号から輝度成分および色差信号の画像を生成する。そして、ＹＣ処理回路８２６は、信号変化が予め定められた基準値よりも大きい部分を生成した撮像画像から抽出して、シャープネス処理（アパチャー補正）を実行する。そして、ＹＣ処理回路８２６は、シャープネス処理を施した後の撮像画像に対してデータ圧縮処理を実行してもよい。

記録処理回路８３２は、ＹＣ処理回路８２６からの画像信号をメモリへ書き込み及び読出し処理を行う。記録処理回路８３２は、静止画像及び動画像を表すＹＣ信号を所定の圧縮形式で圧縮し、また、圧縮データを読み出した際に伸張する。再生処理回路８３４は、輝度信号Ｙ及び色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙをマトリクス変換してＲＧＢ信号に変換する。再生処理回路８３４は、こうして変換された信号をモニタに出力する。

システム制御部８４２は、Ａ／Ｄ変換器、ＲＧＢ画像処理回路８２４、ＹＣ処理回路８２６、記録処理回路８３２、操作検出回路８４４、及び駆動回路８４６の各動作を制御する。駆動回路８４６は、システム制御部８４２の制御のもとで、受光部８１６を駆動する駆動信号を生成する。また、駆動回路８４６は、レンズ装置８１４のチャンバ内部の液体の圧力を制御する圧力制御部８４８を駆動する駆動信号を生成する。

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。

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。

１００・・・レンズ装置、２００・・・ハウジング、２０６・・・内壁、２０８・・・内壁、２１０・・・チャンバ、２２０・・・第３の外壁、２４０・・・開口部、３００・・・第１の外壁、３１０・・・チャンバ、３２０・・・第２の外壁、４００・・・仕切板、４０２・・・仕切板、４０４・・・仕切板、４１０・・・液体レンズ、４１２・・・液体レンズ、４１４・・・開口部、４２０・・・液体レンズ、４２２・・・液体レンズ、４２４・・・開口部、４６０・・・仕切板、４７０・・・仕切板、４８０・・・コンジット、４９０・・・隙間、５００・・・圧力制御部、５１０・・・制御部、５２０・・・駆動部、５３０・・・入力部、５５０・・・液体格納部、６００・・・レンズ装置、７００・・・レンズ装置、７１０・・・仕切板、８００・・・撮像装置、８１０・・・撮像系、８１２・・・絞り部、８１４・・・レンズ装置、８１６・・・受光部、８２０・・・画像処理系、８２２・・・Ａ／Ｄ変換器、８２４・・・ＲＧＢ画像処理回路、８２６・・・ＹＣ処理回路、８３０・・・記録再生系、８３２・・・記録処理回路、８３４・・・再生処理回路、８４０・・・制御系、８４２・・・システム制御部、８４４・・・操作検出回路、８４６・・・駆動回路、８４８・・・圧力制御部

Claims (11)

1. 複数のレンズが形成されるレンズ装置であって、
   互いに混合しない第１の液体および第２の液体が充填されるハウジングと、
   前記ハウジングの内部を、それぞれが前記第１の液体または前記第２の液体のいずれか一方が充填される複数の領域に分割するように設けられる仕切板と、
   前記第１の液体が充填される領域の内圧を制御する圧力制御部と
   を備え、
   前記仕切板には、前記第１の液体および前記第２の液体の界面によりそれぞれ特性の異なる複数のレンズが形成される複数の開口部が設けられ、
   前記第１の液体が充填される前記ハウジングの内部における領域は、液体が移動できるように連結しているレンズ装置。
2. 前記仕切板は、前記ハウジングの内部を、
   前記第１の液体が充填され、互いに連結する第１小チャンバおよび第２小チャンバと、
   前記第２の液体が充填され、互いに連結する第３小チャンバおよび第４小チャンバと
   に分割し、
   前記第１小チャンバは、前記第３小チャンバに対して第１の方向に隣接して設けられ、
   前記第２小チャンバは、前記第４小チャンバに対して前記第１の方向とは異なる第２の方向に隣接して設けられ、
   前記仕切板において、前記第１小チャンバおよび前記第３小チャンバを分離する領域と、前記第２小チャンバおよび前記第４小チャンバを分離する領域とにそれぞれ開口部が形成される請求項１に記載のレンズ装置。
3. 前記第１の方向および前記第２の方向は逆向きの方向である
   請求項２に記載のレンズ装置。
4. 前記仕切板は、前記ハウジングの内部を、水平方向および垂直方向のそれぞれにおいて２分割し、
   前記第１小チャンバおよび前記第２小チャンバは、前記ハウジングの内部において対角位置に設けられ、
   前記第３小チャンバおよび前記第４小チャンバは、前記ハウジングの内部において対角位置に設けられる
   請求項３に記載のレンズ装置。
5. 前記第１小チャンバおよび前記第２小チャンバの組、ならびに、前記第３小チャンバおよび前記第４小チャンバの組の一方の組は、前記ハウジングの内部において連結され、他方の組は前記ハウジングの外部において連結される
   請求項２から４のいずれか一項に記載のレンズ装置。
6. 前記ハウジングの外部に設けられ、前記第１小チャンバおよび前記第２小チャンバの組、または、前記第３小チャンバおよび前記第４小チャンバの組の一方の組を連結するコンジットを更に備える
   請求項５に記載のレンズ装置。
7. 前記仕切板は、開口面積の異なる前記複数の開口部を有する
   請求項１から６のいずれか一項に記載のレンズ装置。
8. 前記仕切板は、径の異なる前記複数の開口部を有する
   請求項７に記載のレンズ装置。
9. 前記仕切板は、前記ハウジングの内部において前記第２の液体が充填される領域を、前記複数の開口部に対応する複数の小チャンバに分割し、前記複数の小チャンバには、それぞれ特性の異なる液体が充填される
   請求項１に記載のレンズ装置。
10. 前記仕切板は、前記ハウジングの内部において前記第２の液体が充填される領域を、３以上の開口部に対応する３以上の小チャンバに分割するように複数設けられ、それぞれの複数の小チャンバを隔てる前記仕切板のヤング率がそれぞれ異なる
    請求項１に記載のレンズ装置。
11. 請求項１に記載のレンズ装置を介して画像を撮像する撮像装置。

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