JP6597618B2 - 制御装置、撮像装置、および液晶ローパスフィルタの制御方法 - Google Patents

制御装置、撮像装置、および液晶ローパスフィルタの制御方法 Download PDF

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Description

本技術は、液晶ローパスフィルタの液晶層を制御する制御部を有する制御装置、上記制御部を備えた撮像装置に関する。また、本技術は、液晶ローパスフィルタの液晶層を制御する液晶ローパスフィルタの駆動方法に関する。
撮像装置の一つであるデジタルカメラやビデオカメラには、撮像バイスとして、CCD(charge Coupled Device)イメージセンサや、CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)イメージセンサが広く用いられている。撮像デバイスには、複数の光電変換素子が所定の間隔(以下、「画素ピッチ」と称する。)で2次元配置された撮像素子と、撮像素子の光入射面に配置されたカラーフィルタアレイとが設けられている。撮像デバイスは、撮像レンズを経由して入射してきた被写体光を、撮像素子およびカラーフィルタアレイで離散的にサンプリングすることによりカラーの画像データを得る。
撮像デバイスは、撮像素子の画素ピッチやカラーフィルタアレイの色配列ピッチによって定まる解像限界(ナイキスト周波数)を有している。そのため、ナイキスト周波数以上の高周波成分を有する被写体光が撮像デバイスに入射すると、ナイキスト周波数以上の高周波成分が実空間での折り返し成分となり、画像データの色や輝度が周期的に変動する縞状の模様(モアレ)が発生する。そのため、通常では、ナイキスト周波数をカットオフ周波数に設定したOLPF(Optical Low Pass Filter;液晶ローパスフィルタ)が撮影レンズと撮像素子との間に設けられ、撮像素子に入射する光の高周波成分がOLPFによって除去される。
1台のカメラで静止画と動画の双方を撮影できるカメラでは、静止画モードと動画モードで読み出しピッチが互いに異なり、それに伴い、ナイキスト周波数も互いに異なる。動画モードでは、通常、読み出しピッチが静止画モードの読み出しピッチよりも大きくなっており、ナイキスト周波数が静止画モードのナイキスト周波数よりも小さくなっている。そのため、動画モードでは、静止画モードよりも、より低周波領域からモアレが発生しやすい。しかし、以前では、静止画の解像度を優先して、OLPFのカットオフ周波数が静止画モードのナイキスト周波数に設定され、両モードに対して最適なOLPFが提供されていなかった。
この問題に対して、最適なカットオフ周波数を有するOLPFをモードごとに設け、モードに応じて切り替えることが提案されている(特許文献1参照)。また、TN液晶を、複屈折性を有する一対の液晶板で挟み込んだOLPFにおいて、TN液晶をオンオフ駆動することにより、OLPFの透過光のps分離幅を2種類に可変することが提案されている(特許文献2,3参照)。なお、ps分離幅を変えることにより、カットオフ周波数を変えることができる。
特開2000−333049号公報 WO2007/083783号公報 特開2007−94276号公報
ところで、上記の方法では、カットオフ周波数は、固定値となっている。そのため、当初に設定されたカットオフ周波数とは異なるカットオフ周波数に変更することができない。その結果、例えば、カットオフ周波数を変更しながら静止画を連続撮影することが極めて困難であった。
したがって、カットオフ周波数を変更しながら静止画の連続撮影を行うことの可能な撮像装置、ならびにそのような撮像装置に好適に適用可能な制御装置および液晶ローパスフィルタの制御方法を提供することが望ましい。
本技術の一実施の形態に係る制御装置は、液晶ローパスフィルタの液晶層を、第1の偏光状態、第2の偏光状態、および第1の偏光状態と第2の偏光状態との間の偏光状態である中間偏光状態のうちのいずれかの偏光状態とする制御を行う制御部を備えている。制御部は、撮像素子から複数の画像データが出力される場合に、1番目の前記画像データの出力に際して、液晶層の偏光状態を第1の偏光状態または第2の偏光状態に制御し、2番目以降の少なくとも1つの画像データの出力に際して、液晶層の偏光状態を中間偏光状態に制御するようになっている。
本技術の一実施の形態に係る制御装置において、制御部は、撮像素子から2つの画像データが出力される場合に、1番目の前記画像データの出力に際して、液晶層の偏光状態を第1の偏光状態または第2の偏光状態に制御し、2番目の前記画像データの出力に際して、液晶層の偏光状態を中間偏光状態に制御するようになっていてもよい。また、本技術の一実施の形態に係る制御装置において、制御部は、撮像素子から3以上の画像データが出力される場合に、1番目の画像データの出力に際して、液晶層の偏光状態を第1の偏光状態または第2の偏光状態に制御するようになっていてもよい。このとき、制御部は、さらに、2番目の画像データの出力に際して、液晶層の偏光状態を、第1の偏光状態および第2の偏光状態のうち、1番目の画像データの出力の際とは異なる偏光状態に制御し、3番目以降の画像データの出力に際して、液晶層の偏光状態を中間偏光状態に制御するようになっていてもよい。
本技術の一実施の形態に係る制御装置において、第1偏光状態とは、例えば、液晶層への入射光を90度、旋光させる状態を指しており、第2偏光状態とは、例えば、液晶層への入射光を旋光させない状態を指している。また、本技術の一実施の形態に係る制御装置において、制御部が液晶層を第1の偏光状態とするために液晶層に印加する第1駆動信号は、例えば、液晶層の偏光変換効率曲線が偏光変換効率の最大値付近の電圧もしくは周波数の信号である。制御部が液晶層を第2の偏光状態とするために液晶層に印加する第2駆動信号は、例えば、液晶層の偏光変換効率曲線が偏光変換効率の最小値付近の電圧もしくは周波数の信号である。
本技術の一実施の形態に係る撮像装置は、画像データを出力する撮像素子と、液晶層を有し、撮像素子に対する光の入射経路上に配置された液晶ローパスフィルタと、撮像素子を制御すると共に、液晶層を制御する制御部とを備えている。本技術の一実施の形態に係る撮像装置において、制御部は、上記制御装置に含まれる制御部と同一の構成要素を有している。
本技術の一実施の形態に係る液晶ローパスフィルタの制御方法は、撮像素子に対する光の入射経路上に配置された液晶ローパスフィルタの制御方法である。この制御方法は、撮像素子から複数の画像データが出力される場合に、1番目の前記画像データの出力に際して、液晶層の偏光状態を第1の偏光状態または第2の偏光状態に制御し、2番目以降の少なくとも1つの画像データの出力に際して、液晶層の偏光状態を中間偏光状態に制御することを含んでいる。
本技術の一実施の形態に係る制御装置、撮像装置および液晶ローパスフィルタの制御方法では、液晶ローパスフィルタの液晶層の偏光状態が変化するので、液晶ローパスフィルタを透過した光の点像強度分布のピーク値も変化する。点像強度分布のピーク値が変化すると、液晶ローパスフィルタのカットオフ周波数も変化する。このように、本技術では、透過光のps分離幅を変更する従来の方式(分離幅変調方式)とは異なる方式(ピーク値変調方式)でカットオフ周波数が変化する。また、本技術では、透過光の点像強度分布のピーク値を、液晶ローパスフィルタの液晶層の偏光状態に応じて変えることで、液晶ローパスフィルタのカットオフ周波数を変化させることができる。従って、液晶ローパスフィルタの液晶層の偏光状態を変えるだけで、当初に設定したカットオフ周波数とは異なるカットオフ周波数を設定することができる。
さらに、本技術の一実施の形態に係る制御装置、撮像装置および液晶ローパスフィルタの制御方法では、撮像素子から2以上の画像データが出力される場合に、1番目の画像データの出力に際して、液晶層の偏光状態が第1の偏光状態または第2の偏光状態となり、2番目の前記画像データの出力に際して、液晶層の偏光状態が中間偏光状態となる。これにより、液晶の応答速度に起因する待ち時間を短縮することができる。
本技術の一実施の形態に係る制御装置、撮像装置および液晶ローパスフィルタの制御方法によれば、液晶ローパスフィルタの液晶層の偏光状態を変えるようにしたので、カットオフ周波数を変化させることができる。また、本技術の一実施の形態に係る制御装置、撮像装置および液晶ローパスフィルタの制御方法によれば、液晶の応答速度に起因する待ち時間を短縮することができるようにしたので、カットオフ周波数を変更した際に次の撮影開始までの待ち時間を短くすることができる。従って、カットオフ周波数を変更しながら静止画の連続撮影を行うことができる。なお、本技術の効果は、ここに記載された効果に必ずしも限定されず、本明細書中に記載されたいずれの効果であってもよい。
本技術の一実施の形態に係る撮像装置の概略構成の一例を表す図である。 図1の撮像デバイスの概略構成の一例を表す図である。 図1の演算部の概略構成の一例を表す図である。 図1の光学的ローパスフィルタの概略構成の一例を表す図である。 図4の一対の複屈折板の光学軸の一例を表す図である。 図5の液晶層の偏光変換効率曲線(V−T曲線)の一例を表す図である。 図5の液晶層の偏光変換効率曲線(F−T曲線)の一例を表す図である。 図5の光学的ローパスフィルタの作用の一例を表す図である。 図5の光学的ローパスフィルタの作用の一例を表す図である。 図5の光学的ローパスフィルタの作用の一例を表す図である。 図7Bの透過光の点像強度分布の一例を、映像上での点像の広がりとともに表す図である。 図7Aの透過光の点像強度分布の一例を、映像上での点像の広がりとともに表す図である。 図7Cの透過光の点像強度分布の一例を、映像上での点像の広がりとともに表す図である。 図7Cの透過光の点像強度分布の一例を、映像上での点像の広がりとともに表す図である。 A〜図DのMTF(Modulation Transfer Function)の一例を表す図である。 図1の撮像装置における撮像手順の一例を表す図である。 図10の撮像手順における偏光変換効率および印加電圧の経時変化の一例を表す図である。 比較例に係る撮像手順における偏光変換効率および印加電圧の経時変化の一例を表す図である。 図10の撮像手順における偏光変換効率および印加電圧の経時変化の一変形例を表す図である。 図10の撮像手順における偏光変換効率および印加電圧の経時変化の一変形例を表す図である。 図1の撮像装置における撮像手順の一変形例を表す図である。 図15の撮像手順における印加電圧の経時変化の一例を表す図である。 図15の撮像手順における印加電圧の経時変化の一変形例を表す図である。 図15の撮像手順における印加電圧の経時変化の一変形例を表す図である。 図1の一対の複屈折板の光学軸の一変形例を表す図である。 図19の光学的ローパスフィルタの作用の一例を表す図である。 図19の光学的ローパスフィルタの作用の一例を表す図である。 図19の光学的ローパスフィルタの作用の一例を表す図である。 図4、図19の液晶層の偏光変換効率曲線(V−T曲線)の一変形例を表す図である。 図4、図19の液晶層の偏光変換効率曲線(F−T曲線)の一変形例を表す図である。 図21Aまたは図21Bの偏光変換効率曲線を有する液晶層を備えた撮像装置における撮像手順の一例を表す図である。 図22の撮像手順における偏光変換効率および印加電圧の経時変化の一例を表す図である。 図22の撮像手順における偏光変換効率および印加電圧の経時変化の一変形例を表す図である。 図22の撮像手順における偏光変換効率および印加電圧の経時変化の一変形例を表す図である。 図21Aまたは図21Bの偏光変換効率曲線を有する液晶層を備えた撮像装置における撮像手順の一変形例を表す図である。 図26の撮像手順における印加電圧の経時変化の一例を表す図である。 図26の撮像手順における印加電圧の経時変化の一変形例を表す図である。 図26の撮像手順における印加電圧の経時変化の一変形例を表す図である。 図4、図19の光学的ローパスフィルタの一変形例を表す図である。 図2の撮像デバイスの概略構成の一変形例を表す図である。 図2の撮像デバイスの概略構成の一変形例を表す図である。 図2の撮像デバイスおよび演算部の概略構成の一変形例を表す図である。 図31の撮像デバイスおよび演算部の概略構成の一変形例を表す図である。 図32の撮像デバイスおよび演算部の概略構成の一変形例を表す図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は、以下の順序で行う。

1.実施の形態(撮像装置)
2つの複屈折板における像の分離方向を互いに反対方向にした例
TN液晶を用いた例
1つの液晶ローパスフィルタを用いた例
1番目の露光前に動作準備を設けた例
露光回数を3回にした例
2.変形例
2.1 変形例A:露光回数を5回以上にした例
2.2 変形例B:露光回数を2回にした例
2.3 変形例C:各露光前に動作準備を設けた例
2.4 変形例D:最初の動作状態を引き継がない例
2.5 変形例E:3枚以上の撮影において全て第3駆動信号を
用いた例
2.6 変形例F:3枚以上の撮影において2番目にも
第3駆動信号を用いた例
2.7 変形例G:2枚の撮影において1番目にも第3駆動信号を
用いた例
2.8 変形例H:2枚の複屈折板における像の分離方向を
互いに揃えた例
2.9 変形例I:VA液晶を用いた例
2.10 変形例J:最初の動作状態を引き継がない例
2.11 変形例K:3枚以上の撮影において全て第3駆動信号を
用いた例
2.12 変形例L:3枚以上の撮影において2番目にも
第3駆動信号を用いた例
2.13 変形例M:2枚の撮影において1番目にも
第3駆動信号を用いた例
2.14 変形例N:AR層などを付加した例
2.15 変形例O:2つの液晶ローパスフィルタを用いた例
2.16 変形例P:液晶の立ち上がり応答時間が早い例
2.17 変形例Q:液晶の立ち下がり応答時間が早い例
2.18 変形例R:オーバードライブ信号を用いた例
2.19 変形例S:光学装置が撮像装置に対して着脱可能に
構成されている例
<1.実施の形態>
[構成]
図1は、本技術の一実施の形態に係る撮像装置1の概略構成の一例を表したものである。撮像装置1は、例えば、撮像デバイス10、演算部20、表示部30、メモリ部40および入力部50を備えている。
(撮像デバイス10)
図2は、撮像デバイス10の概略構成の一例を表したものである。撮像デバイス10は、例えば、液晶ローパスフィルタ11、撮像素子12、レンズ13、アイリス14および駆動回路15を有している。液晶ローパスフィルタ11の前段にレンズ13およびアイリス14が設けられており、液晶ローパスフィルタ11の後段に撮像素子12が設けられている。つまり、液晶ローパスフィルタ11は、撮像素子12に対する光の入射経路上に配置されている。液晶ローパスフィルタ11についての説明は、後に詳述するものとする。
撮像素子12は、例えば、複数の光電変換素子が所定の間隔で2次元配置された受光部と、受光部の光入射面に配置されたカラーフィルタアレイとを有している。撮像素子12は、例えば、レンズ13、アイリス14および液晶ローパスフィルタ11を経由して入射してきた被写体光を、受光部およびカラーフィルタアレイで離散的にサンプリングすることによりカラーの画像データを得るようになっている。レンズ13は、被写体光を集光して、撮像素子12の光入射面に入射させるものである。アイリス14は、被写体光の、撮像素子12の光入射面への入射量を調整するものである。
駆動回路15は、レンズ13およびアイリス14を機械的に駆動するものである。駆動回路15は、例えば、レンズ13の光軸上の位置を前後させることにより、焦点を調整するようになっている。駆動回路15は、さらに、例えば、アイリス14の絞り量を調整することにより、撮像素子12の光入射面への入射量を調整するようになっている。
駆動回路15は、さらに、液晶ローパスフィルタ11および撮像素子12を駆動するものである。駆動回路15は、液晶ローパスフィルタ11の電極間に、電圧V(周波数一定)または周波数Fの電圧(電圧値一定)を印加することにより、液晶ローパスフィルタ11のカットオフ周波数fcを調整するようになっている。具体的には、駆動回路15は、後述するように、第1電圧もしくは第1周波数の電圧、第2電圧もしくは第2周波数の電圧、および中間電圧もしくは中間周波数の電圧を液晶ローパスフィルタ11の電極間に印加可能となっている。駆動回路15は、第1電圧もしくは第1周波数の電圧を液晶ローパスフィルタ11の電極間に印加することにより、液晶ローパスフィルタ11の液晶層113(後述)の偏光状態を第1の偏光状態に制御するようになっている。駆動回路15は、第2電圧もしくは第2周波数の電圧を液晶ローパスフィルタ11の電極間に印加することにより、液晶ローパスフィルタ11の液晶層113の偏光状態を第2の偏光状態に制御するようになっている。駆動回路15は、中間電圧もしくは中間周波数の電圧を液晶ローパスフィルタ11の電極間に印加することにより、液晶ローパスフィルタ11の液晶層113の偏光状態を中間偏光状態に制御するようになっている。駆動回路15は、撮像素子12を駆動することにより、撮像素子12で画像データを取得すると共に、その画像データを外部に出力させるようになっている。
(演算部20)
図3は、演算部20の概略構成の一例を表したものである。演算部20は、撮像デバイス10から出力された画像データDrawに対して所定の処理を行うものである。演算部20は、例えば、前処理回路21、制御回路22、表示処理回路23、圧縮伸長回路24およびメモリ制御回路25を有している。
前処理回路21は、撮像デバイス10から出力された画像データDrawに対して、シェーディング補正などの光学的な補正処理を行うものである。制御回路22は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)およびRAM(Random Access Memory)などを含んで構成されたマイクロコンピュータである。制御回路22は、例えば、ROMなどに記憶されたプログラムを実行することにより、前処理回路21から出力された補正後の画像データDに対して、後述する種々の処理を行うようになっている。制御回路22は、例えば、露光中の画像データを、表示処理回路23に出力するようになっている。制御回路22は、例えば、露光中の画像データであって、かつ撮像対象となった画像データを圧縮伸長回路24に出力するようになっている。制御回路22についての説明は、後に詳述するものとする。
表示処理回路23は、制御回路22から受け取った画像データから、表示部30に表示させる画像信号を生成して、その画像信号を表示部30に送るものである。圧縮伸長回路24は、制御回路22から受け取った静止画の画像データに対して、例えば、JPEG(Joint Photographic Experts Group)などの静止画像の符号化方式で圧縮符号化処理を行うものである。また、圧縮伸長回路24は、制御回路22から受け取った動画の画像データに対して、例えば、MPEG(Moving Picture Experts Group)などの動画像の符号化方式で圧縮符号化処理を行うものである。メモリ制御回路25は、メモリ部40に対する画像データの書き込みおよび読み出しを制御するものである。
(表示部30、メモリ部40および入力部50)
表示部30は、例えば、LCD(Liquid Crystal Display)からなり、露光中の画像データや、メモリ部40から読み出した画像データなどを表示するものである。メモリ部40は、メモリ制御回路25から受け取った画像データを保存するものである。入力部50は、ユーザからの指示を受け付けるものであり、例えば、操作ボタンや、キーボードなどで構成されている。
(光学的ローパスフィルタ11)
次に、光学的ローパスフィルタ11について詳述する。図4は、光学的ローパスフィルタ11の概略構成の一例を表したものである。光学的ローパスフィルタ11は、被写体光に含まれる高い空間周波数の成分を除去するものであり、駆動回路15によって駆動されることによりカットオフ周波数fcを変化させる。光学的ローパスフィルタ11は、透過光のps分離幅を変更する従来の方式(分離幅変調方式)とは異なる方式(ピーク値変調方式)でカットオフ周波数fcを変化させる。なお、ピーク値変調方式については、後に詳述するものとする。
液晶ローパスフィルタ11は、複屈折性を有する一対の複屈折板111,115と、一対の複屈折板111,115の間に配置された液晶層113とを備えている。液晶ローパスフィルタ11は、さらに、液晶層113に電界を印加する電極112,114を備えている。なお、液晶ローパスフィルタ11は、例えば、液晶層113の配向を規制する配向膜を備えていてもよい。電極112,114は、液晶層113を介して互いに対向配置されている。電極112,114は、それぞれ、1枚のシート状電極からなる。なお、電極112および電極114の少なくとも一方が、複数の部分電極で構成されていてもよい。
電極112,114は、例えば、ITO (Indium Tin Oxide)などの透光性の導電膜である。電極112,114は、例えば、透光性を有する無機導電膜、透光性を有する有機導電膜、または、透光性を有する金属酸化膜であってもよい。液晶ローパスフィルタ11は、液晶層113を封止するシール材を有していてもよい。シール材は、一対の複屈折板111,115の間の間隙を維持する複数のスペーサを含んでいてもよいし、複数のスペーサを含んでいなくてもよい。各スペーサは、例えば、ガラススペーサである。各スペーサは、例えば、透光性を有する無機物、透光性を有する有機物、または、透光性を有する金属酸化物で構成されていてもよい。複数のスペーサが、液晶層113中にも設けられていてもよいし、液晶層113中に設けられていなくてもよい。液晶層113中では、各スペーサの直径が7μm以下となっていることが好ましい。なお、シール材にスペーサが含まれている場合、シール材に含まれるスペーサの直径は7μm以上となっていてもよい。また、各スペーサの個数が、液晶層113中において、1平方ミリメートルあたり10個以下となっていることが好ましい。
複屈折板111は、液晶ローパスフィルタ11の光入射側に配置されており、例えば、複屈折板111の外側の表面が光入射面110Aとなっている。入射光L1は、被写体側から光入射面110Aに入射する光である。複屈折板111は、例えば、入射光L1の光軸が複屈折板111(または光入射面110A)の法線111Aと平行となるように配置される。複屈折板115は、液晶ローパスフィルタ11の光出射側に配置されており、例えば、複屈折板115の外側の表面が光出射面110Bとなっている。液晶ローパスフィルタ11の透過光L2は、光出射面110Bから外部に出射された光である。複屈折板111、電極112、液晶層113、電極114および複屈折板115は、光入射側からこの順に積層されている。電極112、液晶層113、電極114および複屈折板115のそれぞれの法線は、法線111Aと平行となっている。
図5は、液晶ローパスフィルタ11における一対の複屈折板111,115の光学軸(optic axis)の一例を表したものである。複屈折板111,115は、複屈折性を有しており、1軸性結晶の構造を有している。複屈折板111,115は、複屈折性を利用して円偏光の光をps分離する機能を有している。複屈折板111,115は、例えば、水晶、方解石またはニオブ酸リチウムによって構成されている。ここで、ニオブ酸リチウムの分離係数は、波長が589.3nm(d線)のときに、水晶の分離係数よりも、6.4倍も大きい。そのため、ニオブ酸リチウムの方が、水晶よりも、同じ分離幅を得るのに必要な厚さを薄くすることができる。
複屈折板111,115では、像の分離方向が互いに反対方向を向いている。複屈折板111の光学軸AX1および複屈折板115の光学軸AX2は、光入射面110Aの法線111Aと平行な面内において互いに交差している。光学軸AX1と光学軸AX2とのなす角θ1は、例えば、90°となっている。さらに、光学軸AX1,AX2が入射面110Aの法線111Aと斜めに交差している。光学軸AX1と法線111Aとのなす角θ2は、例えば、法線111Aを基準として反時計回りに90°よりも小さくなっており、例えば、45°となっている。光学軸AX2と法線111Aとのなす角θ3は、例えば、法線111Aを基準として反時計回りに90°よりも大きく180°よりも小さくなっており、例えば、135°(180−45°)となっている。
図6Aは、液晶層113の偏光変換効率曲線(V−T曲線)の一例を表したものである。図6Bは、液晶層113の偏光変換効率曲線(F−T曲線)の一例を表したものである。図6Aにおいて、横軸は電極112,114間に印加される電圧V(周波数一定)である。図6Bにおいて、横軸は電極112,114間に印加される電圧の周波数F(電圧一定)である。図6A、図6Bにおいて、縦軸は、偏光変換効率Tである。偏光変換効率Tとは、直線偏光の光に与えられた位相差を90度で割ることにより得られた値に100を掛けたものである。偏光変換効率Tがゼロ%とは、直線偏光に対して何らの位相差も与えられていないことを指しており、例えば、直線偏光が偏光方向を変えられずに媒体を透過したことを指している。偏光変換効率Tが100%とは、直線偏光に対して90度の位相差が与えられたことを指しており、例えば、p偏光がs偏光に、またはs偏光がp偏光に変換されて媒体を透過したことを指している。偏光変換効率Tが50%とは、直線偏光に対して45度の位相差が与えられたことを指しており、例えば、p偏光またはs偏光が円偏光に変換されて媒体を透過したことを指している。
液晶層113は、電極112,114間の電圧によって生成される電界に基づいて、偏光を制御するものである。液晶層113では、図6Aに示したように、電極112,114間に電圧V1が印加されると、偏光変換効率TがT2となり、電極112,114間に電圧V2(V1<V2)が印加されると、偏光変換効率TがT1となる。T2は100%であり、T1は0%である。液晶層113では、さらに、図6Aに示したように、電極112,114間に電圧V3(V1<V3<V2)が印加されると、偏光変換効率TがT3となる。T3は0%よりも大きく、100%よりも小さな値である。図6Aには、電圧V3が、T3が50%となるときの電圧となっている場合が例示されている。ここで、電圧V1は、偏光変換効率曲線の立ち下がり位置の電圧(第2電圧)以下の電圧であり、具体的には、偏光変換効率曲線において、偏光変換効率が最大値付近で飽和している区間の電圧を指している。電圧V2は、偏光変換効率曲線の立ち上がり位置の電圧(第1電圧)以上の電圧であり、具体的には、偏光変換効率曲線において、偏光変換効率が最小値付近で飽和している区間の電圧を指している。電圧V3は、偏光変換効率曲線の立ち下がり位置の電圧(第1電圧)と、偏光変換効率曲線の立ち上がり位置の電圧(第2電圧)との間の電圧(中間電圧)である。電圧V3は、具体的には、偏光変換効率曲線において、偏光変換効率が最大値付近で飽和している区間の電圧と、偏光変換効率曲線において、偏光変換効率が最小値付近で飽和している区間の電圧との間の電圧である。
液晶層113では、図6Bに示したように、電極112,114間に周波数F2の電圧が印加されると、偏光変換効率TがT2となり、電極112,114間に周波数F1(F1<F2)の電圧が印加されると、偏光変換効率TがT1となる。液晶層113では、さらに、図6Bに示したように、電極112,114間に周波数F3(F1<F3<F2)の電圧が印加されると、偏光変換効率TがT3となる。図6Bには、周波数F3が、T3が50%となるときの周波数となっている場合が例示されている。ここで、周波数F1は、偏光変換効率曲線の立ち上がり位置の周波数(第1周波数)以下の周波数であり、具体的には、偏光変換効率曲線において、偏光変換効率が最小値付近で飽和している区間の周波数を指している。周波数F2は、偏光変換効率曲線の立ち下がり位置の周波数(第2周波数)以上の周波数であり、具体的には、偏光変換効率曲線において、偏光変換効率が最大値付近で飽和している区間の周波数を指している。周波数F3は、偏光変換効率曲線の立ち下がり位置の周波数(第2周波数)と、偏光変換効率曲線の立ち上がり位置の周波数(第1周波数)との間の周波数(中間周波数)である。周波数F3は、具体的には、偏光変換効率曲線において、偏光変換効率が最大値付近で飽和している区間の周波数と、偏光変換効率曲線において、偏光変換効率が最小値付近で飽和している区間の周波数との間の周波数である。
上述したように、液晶層113は、偏光を制御するものである。上述したような偏光変換効率曲線を有する液晶としては、例えば、TN(Twisted Nematic)液晶が挙げられる。TN液晶は、カイラルなネマティック液晶によって構成されており、通過する光の偏光方向をネマティック液晶の回転に沿って回転させる旋光性を有している。
次に、液晶ローパスフィルタ11(具体的には、一対の複屈折板111,115および液晶層113)の光学的な作用について説明する。図7A、図7B、図7Cは、液晶ローパスフィルタ11の作用の一例を表したものである。図7Aでは、電極112,114間の電圧Vが電圧V1となっているか、または電極112,114間の周波数Fが周波数F2となっている。図7Bでは、電極112,114間の電圧Vが電圧V2となっているか、または電極112,114間の周波数Fが周波数F1となっている。図7Cでは、電極112,114間の電圧Vが電圧V3となっているか、または電極112,114間の周波数Fが周波数F3となっている。
(V=V1、F=F2の場合(図7A))
円偏光の入射光L1が複屈折板111に入射すると、入射光L1は、複屈折板111の複屈折性により、分離幅d1でp偏光とs偏光とに分離される。複屈折板111の光学軸AX1に対して垂直に振動する偏光成分が、入射光L1に含まれるs偏光の成分である場合、分離されたs偏光は、複屈折板111内を、複屈折の影響を受けずに直進し、複屈折板111の裏面から出射する。入射光L1に含まれるp偏光の成分は、s偏光の振動方向と直交する方向に振動するので、複屈折板111内を、複屈折の影響を受けて斜めに進み、複屈折板111の裏面のうち、分離幅d1だけシフトした位置で屈折して、複屈折板111の裏面から出射する。従って、複屈折板111は、入射光L1を、分離幅d1で、p偏光の透過光L2と、s偏光の透過光L2とに分離する。
複屈折板111で分離されたp偏光が、偏光変換効率がT2となっている液晶層113に入射すると、p偏光はs偏光に変換されると共に、液晶層113内を直進し、液晶層113の裏面から出射する。複屈折板111で分離されたs偏光が、偏光変換効率がT2となっている液晶層113に入射すると、s偏光はp偏光に変換されると共に、液晶層113内を直進し、液晶層113の裏面から出射する。従って、液晶層113は、複屈折板111で分離されたp偏光およびs偏光に対して、分離幅を一定に保ったままで、ps変換を行う。このときの液晶層113の偏光状態(液晶層113への入射光を90度、旋光させる状態)が、本技術の「第1の偏光状態」の一具体例に相当する。
液晶層113を透過してきたs偏光およびp偏光が複屈折板115に入射すると、s偏光およびp偏光の分離幅が、複屈折板115の複屈折性により、変化する。複屈折板115の光学軸AX2に対して垂直に振動する偏光成分がs偏光である場合、s偏光は、複屈折板115内を、複屈折の影響を受けずに直進し、複屈折板115の裏面から出射する。p偏光は、s偏光の振動方向と直交する方向に振動するので、複屈折板115内を、複屈折の影響を受けて、複屈折板111における像の分離方向とは反対方向に斜めに進む。さらに、p偏光は、複屈折板115の裏面のうち、分離幅d2だけシフトした位置で屈折して、複屈折板115の裏面から出射する。従って、複屈折板115は、液晶層113を透過してきたs偏光およびp偏光を、分離幅(d1+d2)で、s偏光の透過光L2と、p偏光の透過光L2とに分離する。
(V=V2、F=F1の場合(図7B))
複屈折板111の、入射光L1に対する作用は、上記と同じである。そこで、以下では、液晶層113と複屈折板115の作用について説明する。複屈折板111で分離されたp偏光およびs偏光が、偏光変換効率がT1となっている液晶層113に入射すると、p偏光およびs偏光は、液晶層113によって偏光変換されずに、液晶層113内を直進し、液晶層113の裏面から出射する。従って、液晶層113は、複屈折板111で分離されたp偏光およびs偏光に対して、光学的な作用を有していない。このときの液晶層113の偏光状態(液晶層113への入射光を旋光させない状態)が、本技術の「第2の偏光状態」の一具体例に相当する。
液晶層113を透過してきたs偏光およびp偏光が複屈折板115に入射すると、s偏光およびp偏光の分離幅が、複屈折板115の複屈折性により、変化する。複屈折板115の光学軸AX2に対して垂直に振動する偏光成分がs偏光である場合、s偏光は、複屈折板115内を、複屈折の影響を受けずに直進し、複屈折板115の裏面から出射する。p偏光は、s偏光の振動方向と直交する方向に振動するので、複屈折板115内を、複屈折の影響を受けて、複屈折板111における像の分離方向とは反対方向に斜めに進む。さらに、p偏光は、複屈折板115の裏面のうち、分離幅d2だけシフトした位置で屈折して、複屈折板115の裏面から出射する。従って、複屈折板115は、液晶層113を透過してきたs偏光およびp偏光を、分離幅(|d1−d2|)で、s偏光の透過光L2と、p偏光の透過光L2とに分離する。ここで、d1=d2の場合、s偏光の透過光L2と、p偏光の透過光L2とは、複屈折板115の裏面のうち、互いに同じ場所から出射される。従って、この場合は、複屈折板115は、液晶層113を透過してきたs偏光およびp偏光を互いに合成した光にする。
(V=V3、F=F3の場合(図7C))
複屈折板111の、入射光L1に対する作用は、上記と同じである。そこで、以下では、液晶層113と複屈折板115の作用について説明する。複屈折板111で分離されたp偏光が、偏光変換効率がT3(=50%)となっている液晶層113に入射すると、p偏光は円偏光に変換されると共に、液晶層113内を直進し、液晶層113の裏面から出射する。複屈折板111で分離されたs偏光が、偏光変換効率がT3(=50%)となっている液晶層113に入射すると、s偏光も円偏光に変換されると共に、液晶層113内を直進し、液晶層113の裏面から出射する。従って、液晶層113は、複屈折板111で分離されたp偏光およびs偏光を、分離幅を一定に保ったままで、円偏光に変換する。このときの液晶層113の偏光状態が、本技術の「中間偏光状態」の一具体例に相当する。
液晶層113から出射されてきた円偏光が複屈折板115に入射すると、複屈折板115の複屈折性により、分離幅d2でp偏光とs偏光とに分離される。複屈折板115の光学軸AX2に対して垂直に振動する偏光成分がs偏光である場合、s偏光は、複屈折板115内を、複屈折の影響を受けずに直進し、複屈折板115の裏面から出射する。p偏光は、s偏光の振動方向と直交する方向に振動するので、複屈折板115内を、複屈折の影響を受けて、複屈折板111における像の分離方向とは反対方向に斜めに進む。さらに、p偏光は、複屈折板115の裏面のうち、分離幅d2だけシフトした位置で屈折して、複屈折板115の裏面から出射する。従って、複屈折板115は、液晶層113でp偏光から変換された円偏光と、液晶層113でs偏光から変換された円偏光とを、それぞれ、分離幅d2で、s偏光の透過光L2と、p偏光の透過光L2とに分離する。
ここで、d1=d2の場合、液晶層113でp偏光から変換された円偏光から分離されたp偏光と、液晶層113でs偏光から変換された円偏光から分離されたs偏光とが、複屈折板115の裏面のうち、互いに同じ場所から出射される。この場合、円偏光の透過光L2が複屈折板115の裏面から出射される。従って、この場合は、複屈折板115は、液晶層113から出射されてきた2つの円偏光を、分離幅(d2+d2)でp偏光の透過光L2と、s偏光の透過光L2とに分離すると共に、一旦分離したp偏光とs偏光とをp偏光の透過光L2とs偏光の透過光L2との間の位置で、p偏光とs偏光とを合成した光にする。
次に、液晶ローパスフィルタ11の透過光の点像強度分布について説明する。図8Aは、図7Bの透過光の点像強度分布の一例を、映像上での点像の広がりとともに表したものである。図8Bは、図7Aの透過光の点像強度分布の一例を表したものである。図8Cは、図7Cの透過光の点像強度分布の一例を表したものである。図8Dは、図7Cにおいてd1≠d2のときの透過光の点像強度分布の一例を表したものである。
液晶ローパスフィルタ11は、電極112,114間に電圧V2または周波数F1の電圧が印加されているときには、例えば、図8Aに示したように、液晶ローパスフィルタ11の透過光の点像強度分布に1つのピークp1を生じさせる。ピークp1は、例えば、図7Bに示したように、複屈折板115から出射される1つの透過光L2によって形成されたものである。液晶ローパスフィルタ11は、電極112,114間に電圧V1または周波数F2の電圧が印加されているときには、例えば、図8Bに示したように、液晶ローパスフィルタ11の透過光の点像強度分布に2つのピークp2,p3を生じさせる。2つのピークp2,p3は、例えば、図7Aに示したように、複屈折板115から出射される2つの透過光L2によって形成されたものである。
液晶ローパスフィルタ11は、電極112,114間に電圧V3または周波数F3の電圧が印加され、かつd1=d2となっているときには、例えば、図8Cに示したように、液晶ローパスフィルタ11の透過光の点像強度分布に3つのピークp1,p2,p3を生じさせる。3つのピークp1,p2,p3は、例えば、図7Cに示したように、複屈折板115から出射される3つの透過光L2によって形成されたものである。液晶ローパスフィルタ11は、電極112,114間に電圧V3または周波数F3の電圧が印加され、かつd1≠d2となっているときには、例えば、図8Dに示したように、液晶ローパスフィルタ11の透過光の点像強度分布に4つのピークp1,p2,p3,p4を生じさせる。4つのピークp1,p2,p3,p4は、例えば、図示しないが、複屈折板115から出射される4つの透過光L2によって形成されたものである。
上述したように、液晶ローパスフィルタ11は、電極112,114間に電圧V3または周波数F3の電圧が印加されているときに、液晶ローパスフィルタ11の透過光の点像強度分布に3つのピークp1〜p3または、4つのピークp1〜p4を生じさせる。ここで、液晶ローパスフィルタ11では、電極112,114間に印加する電圧V3または周波数F3の大きさが変化すると、上記3つのピークp1〜p3の値または、上記4つのピークp1〜p4が変化する。つまり、液晶ローパスフィルタ11では、電極112,114間に印加する電圧V3または周波数F3の大きさが変化すると、透過光の点像強度分布が変化する。
このように、液晶ローパスフィルタ11は、電極112,114間に印加する電圧Vまたは周波数Fの大きさを変化させることにより透過光の点像強度分布を変化させる。ここで、上記3つのピークp1〜p3のピーク値(ピーク高さ)や、上記4つのピークp1〜p4のピーク値(ピーク高さ)は、電極112,114間に印加する電圧Vまたは周波数Fの大きさによって変化する。一方、上記3つのピークp1〜p3のピーク位置や、上記4つのピークp1〜p4のピーク位置は、分離幅d1,d2によって定まる。分離幅d1,d2は、電極112,114間に印加する電圧V3または周波数F3の大きさに依らず、一定である。従って、上記3つのピークp1〜p3のピーク位置や、上記4つのピークp1〜p4のピーク位置は、電極112,114間に印加する電圧V3または周波数F3の大きさに依らず、一定である。
次に、透過光の点像強度分布とカットオフ周波数fcとの関係について説明する。図9は、図8A〜図8DのMTFの一例を表したものである。横軸は空間周波数であり、縦軸は規格化されたコントラストである。図8Aでは、光学的ローパスフィルタ11が光線分離効果を有していないので、図8AのMTFは、光学的ローパスフィルタ11の前段に配置するレンズ(例えば、レンズ13など)のMTFと一致している。図8Bでは、ピーク間距離が、図8C,図8Dでのピーク間距離よりも広く、光線分離効果が最も大きくなっている。そのため、図8BのMTFのカットオフ周波数fc1が、図8C,図8DのMTFのカットオフ周波数fc2よりも小さくなっている。
図8C,図8Dでは、分離幅は、図8Bでの分離幅と等しくなっているが、ピーク数が、図8Bでのピーク数よりも多くなっており、ピーク間距離が、図8Bでのピーク間距離よりも狭くなっている。そのため、図8C,図8Dでは、光線分離効果が図8Bの光線分離効果よりも弱くなっているので、図8C,図8DのMTFのカットオフ周波数fc2が、図8BのMTFのカットオフ周波数fc1よりも大きくなっている。
図8C,図8DのMTFのカットオフ周波数fc2は、電極112,114間に印加する電圧V3または周波数F3の大きさによって変化し、図8BのMTFのカットオフ周波数fc1よりも大きな任意の周波数を採りうる。従って、液晶ローパスフィルタ11は、電極112,114間に印加する電圧Vまたは周波数Fの大きさを変化させることにより、カットオフ周波数fcを、光線分離効果が最大となるときのカットオフ周波数以上の任意の値に設定することができる。
次に、撮像装置1における段階露光について説明する。
図10は、撮像装置1における撮像手順の一例を表したものであり、具体的には、像のボケ量を可変制御しながら段階露光を行う手順の一例を表したものである。図10は、撮像素子12から3つの画像データDrawが順次出力される場合の段階露光の手順の一例を表したものである。図11は、図10の撮像手順における偏光変換効率および印加電圧の経時変化の一例を表したものである。以下では、像のボケ量を規定するパラメータの1つであるカットオフ周波数fcを可変制御しながら段階露光を行う手順の一例について説明する。なお、図中や以下の段落に記載した画像データD1、D2、D3は、前処理回路21によって生成された画像データであって、かつ、像のボケ量の互いに異なる3つの画像データDに相当する。
まず、撮像装置1は動作準備を行う(ステップS101)。動作準備とは、画像データDrawが撮像素子12から出力されるにあたって必要となる準備を指しており、例えば、AF(オートフォーカス)の条件や、アイリス14の条件を設定することを指している。具体的には、制御回路22がAF等の動作準備を撮像デバイス10に指示する。すると、駆動回路15は、制御回路22からの指示に従って、動作準備を1番目の画像データDrawの出力前に1または複数の光学部品(例えば、レンズ13やアイリス14等)に対して行う。駆動回路15は、例えば、レンズ13のフォーカスの条件や、アイリス14の条件を所定の値に設定する。このとき、駆動回路15は、液晶ローパスフィルタ11が光学的に作用しないようにした上でAF等の動作準備を撮像デバイス10に実行させる。駆動回路15は、制御回路22からの指示に従って、例えば、電極112,114間に電圧V2若しくは周波数F1である駆動信号(第1駆動信号)を印加する。第1駆動信号は、駆動回路15が液晶層113を第1の偏光状態とするために液晶層113に印加する信号である。
次に、撮像装置1は条件A1で画像データD1を取得する(ステップS102)。条件A1は、動作準備を1番目の画像データDrawの出力前に1または複数の光学部品(例えば、レンズ13等)に対して行う際に電極112,114間に印加する準備電圧と同一の信号か、または準備電圧に最も近い電圧の信号を電極112,114間に印加する電圧に設定することを指している。また、条件A1は、動作準備を1番目の画像データDrawの出力前に1または複数の光学部品(例えば、レンズ13等)に対して行う際に電極112,114間に印加する準備周波数と同一の信号か、または準備周波数に最も近い周波数の信号を電極112,114間に印加する周波数に設定することを指している。本実施の形態において、条件A1は、電極112,114間に印加する電圧Vもしくは周波数Fを電圧V2もしくは周波数F1である駆動信号(第1駆動信号)に設定することを指している。
具体的には、制御回路22は、条件A1の設定を撮像デバイス10に指示する。すると、駆動回路15は、制御回路22からの指示に従って、電極112,114間に電圧V2もしくは周波数F1である駆動信号(第1駆動信号)を印加する。これにより、液晶層113の偏光変換効率がT1になり、液晶層113の偏光状態が第1の偏光状態となる。さらに、制御回路22は、撮像素子12に対して撮像を指示する。具体的には、制御回路22は、液晶層113の偏光変換効率がT1となった段階で、撮像素子12に対して撮像を指示する。その結果、制御回路22は、前処理回路21を介して、条件A1で画像データD1を取得する。その後、撮像装置1は画像データD1を保存する(ステップS103)。具体的には、制御回路22は、画像データD1をメモリ部40に保存する。
続いて、撮像装置1は条件A2で画像データD2を取得する(ステップS104)。条件A2は、1番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときの信号(条件A1)とは異なる信号を電極112,114間に印加する電圧若しくは周波数に設定することを指している。本実施の形態において、条件A2は、電圧V1若しくは周波数F2である駆動信号(第2駆動信号)を電極112,114間に印加する電圧若しくは周波数に設定することを指している。つまり、条件A2は、第1駆動信号および第2駆動信号のうち、第2駆動信号を電極112,114間に印加する電圧若しくは周波数に設定することを指している。第2駆動信号は、駆動回路15が液晶層113を第2の偏光状態とするために液晶層113に印加する信号である。
具体的には、制御回路22は、条件A2の設定を撮像デバイス10に指示する。すると、駆動回路15は、制御回路22からの指示に従って、電極112,114間に電圧V1若しくは周波数F2である駆動信号(第2駆動信号)を印加する。これにより、液晶層113の偏光変換効率がT1からT2に変化し、液晶層113の偏光状態が第1の偏光状態から第2の偏光状態となる。さらに、制御回路22は、撮像素子12に対して撮像を指示する。具体的には、制御回路22は、液晶層113の偏光変換効率がT2となった段階で、撮像素子12に対して撮像を指示する。その結果、制御回路22は、前処理回路21を介して、条件A2で画像データD2を取得する。その後、撮像装置1は画像データD2を保存する(ステップS105)。具体的には、制御回路22は、画像データD2をメモリ部40に保存する。
最後に、撮像装置1は条件A3で画像データD3を取得する(ステップS106)。条件A3は、中間電圧若しくは中間周波数を電極112,114間に印加する電圧若しくは周波数に設定することを指している。本実施の形態において、条件A3は、電圧V3若しくは周波数F3である駆動信号(第3駆動信号)を電極112,114間に印加する電圧若しくは周波数に設定することを指している。第3駆動信号は、駆動回路15が液晶層113を中間偏光状態とするために液晶層113に印加する信号である。
具体的には、制御回路22は、条件A3の設定を撮像デバイス10に指示する。すると、駆動回路15は、制御回路22からの指示に従って、電極112,114間に電圧V3または周波数F3である駆動信号(第3駆動信号)を印加する。これにより、液晶層113の偏光変換効率がT2からT3に変化し、液晶層113の偏光状態が第2の偏光状態から中間偏光状態となる。さらに、制御回路22は、撮像素子12に対して撮像を指示する。具体的には、制御回路22は、液晶層113の偏光変換効率がT3となった段階で、撮像素子12に対して撮像を指示する。その結果、制御回路22は、前処理回路21を介して、条件A3で画像データD3を取得する。その後、撮像装置1は画像データD3を保存する(ステップS107)。具体的には、制御回路22は、画像データD3をメモリ部40に保存する。最後に、制御回路22は、取得した画像データD1,D2,D3を表示処理回路23に出力し、表示部30に表示させる(ステップS108)。なお、制御回路22は、画像データD1を保存した後、画像データD2を取得する前に、画像データD1を表示処理回路23に出力し、表示部30に表示させてもよい。同様に、制御回路22は、画像データD2を保存した後、画像データD3を取得する前に、画像データD2を表示処理回路23に出力し、表示部30に表示させてもよい。このようにして、撮像装置1における段階露光が実行される。なお、撮像装置1は、上記の段階露光を、ユーザからの1回の指示(例えば、シャッターボタンの押下げ)によって自動で行うブラケット撮影として行ってもよい。また、撮像装置1は、上記の段階露光を、ユーザによる手動操作によって行う連続撮影として行ってもよい。
[効果]
次に、図7C、図8C、図8D、図9、図11、図12を参照しつつ、撮像装置1の効果について説明する。図12は、比較例に係る撮像手順における偏光変換効率および印加電圧の経時変化の一例を表したものである。
撮像装置1では、一対の複屈折板111,115および液晶層113が、電圧V3若しくは周波数F3の電圧が電極112,114間に印加されているときに、透過光の点像強度分布に3つのピークp1〜p3または4つのピークp1〜p4を生じさせる。電極112,114間に印加する電圧V3若しくは周波数F3の大きさを変えた場合、液晶層113の偏光変換効率が変化するので、点像強度分布のピーク値も変化する。点像強度分布のピーク値が変化すると、液晶ローパスフィルタ11のカットオフ周波数fcも変化する。このように、液晶ローパスフィルタ11では、透過光のps分離幅を変更する従来の方式(分離幅変調方式)とは異なる方式(ピーク値変調方式)でカットオフ周波数fcが変化する。
また、撮像装置1では、透過光の点像強度分布に生じる3つのピークp1〜p3または4つのピークp1〜p4の値を、電極112,114間に印加する電圧V3若しくは周波数F3の大きさに応じて変えることで、液晶ローパスフィルタ11のカットオフ周波数fcを変化させることができる。従って、電極112,114に印加する電圧V3若しくは周波数F3の大きさを変えるだけで、当初に設定したカットオフ周波数とは異なるカットオフ周波数を設定することができる。従って、液晶ローパスフィルタ11は、新たな光学部品を用意しなくてもカットオフ周波数fcを変更することの可能な構成となっている。
また、撮像装置1では、撮像素子12から3つの画像データDrawが順次出力される場合に、第1駆動信号および第2駆動信号の電極112,114への印加が終わった後に、第3駆動信号の電極112,114への印加が行われる。これにより、例えば、電極112,114への電圧印加を第1駆動信号、第3駆動信号および第2駆動信号の順に行った場合(図12参照)と比べて、液晶の応答速度に起因する待ち時間を短縮することができる。その結果、図11に示した撮影時間ΔT1を、図12に示した撮影時間ΔT2よりも大幅に短くすることができる。従って、カットオフ周波数fcを変更しながら静止画の連続撮影を容易に行うことができる。
<2.変形例>
次に、上記実施の形態に係る撮像装置1の各種変形例について説明する。
<2.1 変形例A>
(第1駆動信号+第2駆動信号+3つ以上の第3駆動信号)
図13は、図10の撮像手順における偏光変換効率および印加電圧の経時変化の一変形例を表したものである。本変形例では、第1駆動信号および第2駆動信号の電極112,114への印加が終わった後に、3つ以上の第3駆動信号の電極112,114への印加が行われる。つまり、本変形例では、撮像素子12から3つ以上の画像データDrawが順次出力される。
具体的には、駆動回路15は、複数の第3駆動信号のうち、2番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに電極112,114に印加される信号の電圧若しくは周波数に最も近い第3駆動信号を、3番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに電極112,114に印加する。駆動回路15は、例えば、複数の第3駆動信号(V3a若しくはF3a、V3b若しくはF3b、またはV3c若しくはF3c)のうち、電圧V1若しくは周波数F2に最も近い第3駆動信号(V3a若しくはF3a)を、3番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに電極112,114に印加する。さらに、駆動回路15は、複数の第3駆動信号を、2番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに電極112,114に印加される信号の電圧若しくは周波数に近い順に電極112,114に印加する。駆動回路15は、例えば、複数の第3駆動信号(V3a若しくはF3a、V3b若しくはF3b、またはV3c若しくはF3c)を、電圧V1若しくは周波数F2に近い順に電極112,114に印加する。これにより、段階露光に要する時間を大幅に短くすることができる。
<2.2 変形例B>
(第1駆動信号+第3駆動信号)
図14は、図10の撮像手順における偏光変換効率および印加電圧の経時変化の一変形例を表したものである。本変形例では、撮像素子12から2つの画像データDrawが順次出力される。駆動回路15は、1番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第1駆動信号を電極112,114に印加し、2番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第3駆動信号を電極112,114に印加する。これにより、第3駆動信号の電極112,114への印加が終わった後に、第1駆動信号の電極112,114への印加を行った場合と比べて、段階露光に要する時間を大幅に短くすることができる。
(第1駆動信号+第2駆動信号)
(第2駆動信号+第1駆動信号)
なお、本変形例において、駆動回路15は、1番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第1駆動信号または第2駆動信号を電極112,114に印加し、2番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第1駆動信号および第2駆動信号のうち、1番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに印加された信号とは異なる信号を電極112,114に印加してもよい。
<2.3 変形例C>
(第1駆動信号+第2駆動信号+第3駆動信号)
図15は、図1の撮像装置1における撮像手順の一例を表したものであり、具体的には、像のボケ量を可変制御しながら段階露光を行う手順の一例を表したものである。図15は、撮像素子12から3つの画像データDrawが順次出力される場合の段階露光の手順の一変形例を表したものである。図16は、図15の撮像手順における印加電圧の経時変化の一例を表したものである。以下では、像のボケ量を規定するパラメータの1つであるカットオフ周波数fcを可変制御しながら段階露光を行う手順の一変形例について説明する。
本変形例では、図10に記載の撮像手順において、制御回路22は、AF等の動作準備を、各画像データDrawの出力前に撮像デバイス10に指示する(ステップS101,S109,S110)。そのため、駆動回路15は、制御回路22からの指示に従って、動作準備を各画像データDrawの出力前に1または複数の光学部品(例えば、レンズ13やアイリス14等)に対して行う。このとき、駆動回路15は、液晶ローパスフィルタ11が光学的に作用しないようにした上でAF等の動作準備を撮像デバイス10に実行させる。駆動回路15は、制御回路22からの指示に従って、例えば、電極112,114間に電圧V2若しくは周波数F1である駆動信号(第1駆動信号)を印加する。
本変形例では、上記実施の形態と同様、撮像素子12から3つの画像データDrawが順次出力される場合に、第1駆動信号および第2駆動信号の電極112,114への印加が終わった後に、第3駆動信号の電極112,114への印加が行われる。これにより、例えば、電極112,114への電圧印加を第1駆動信号、第3駆動信号および第2駆動信号の順に行った場合(図12参照)と比べて、液晶の応答速度に起因する待ち時間を短縮することができる。その結果、図16に示した撮影時間ΔT1を大幅に短くすることができる。従って、カットオフ周波数fcを変更しながら静止画の連続撮影を容易に行うことができる。
(第1駆動信号+第2駆動信号+3つ以上の第3駆動信号)
図17は、図16の撮像手順における印加電圧の経時変化の一変形例を表したものである。図17では、第1駆動信号および第2駆動信号の電極112,114への印加が終わった後に、複数の第3駆動信号の電極112,114への印加が行われる。つまり、図17では、撮像素子12から3つ以上の画像データDrawが順次出力される。
具体的には、駆動回路15は、複数の第3駆動信号のうち、準備電圧と同一の信号か、または準備電圧に最も近い電圧の信号を、3番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに電極112,114に印加する。また、駆動回路15は、複数の第3駆動信号のうち、準備周波数と同一の信号か、または準備周波数に最も近い周波数の信号を、3番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに電極112,114に印加する。駆動回路15は、例えば、複数の第3駆動信号(V3a若しくはF3a、V3b若しくはF3b、またはV3c若しくはF3c)のうち、電圧V2若しくは周波数F1に最も近い第3駆動信号(V3c若しくはF3c)を、3番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに電極112,114に印加する。さらに、駆動回路15は、複数の第3駆動信号を、2番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに電極112,114に印加される信号の電圧若しくは周波数に近い順に電極112,114に印加する。駆動回路15は、例えば、複数の第3駆動信号(V3a若しくはF3a、V3b若しくはF3b、またはV3c若しくはF3c)を、電圧V2若しくは周波数F1に近い順に電極112,114に印加する。これにより、段階露光に要する時間を大幅に短くすることができる。
(第1駆動信号+第3駆動信号)
図18は、図16の撮像手順における印加電圧の経時変化の一変形例を表したものである。図18では、撮像素子12から2つの画像データDrawが順次出力される。駆動回路15は、1番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第1駆動信号を電極112,114に印加し、2番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第3駆動信号を電極112,114に印加する。これにより、第3駆動信号の電極112,114への印加が終わった後に、第1駆動信号の電極112,114への印加を行った場合と比べて、段階露光に要する時間を大幅に短くすることができる。
<2.4 変形例D>
(第2駆動信号+第1駆動信号+第3駆動信号)
上記実施の形態およびその変形例(変形例A〜C)において、駆動回路15は、3つ以上の画像データDrawが撮像素子12から出力される場合に、1番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第2駆動信号を電極112,114間に印加し、2番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第1駆動信号を電極112,114に印加してもよい。
(第2駆動信号+第3駆動信号)
また、上記変形例B,Cにおいて、駆動回路15は、2つの画像データDrawが撮像素子12から出力される場合に、1番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第2駆動信号を電極112,114間に印加し、2番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第3駆動信号を電極112,114に印加してもよい。
<2.5 変形例E>
(第3駆動信号(第1駆動信号寄り)+第3駆動信号(第2駆動信号寄り)+〜)
また、上記実施の形態および変形例A,Cにおいて、駆動回路15は、3つ以上の画像データDrawが撮像素子12から出力される場合に、1番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第3駆動信号として選択され得る電圧の範囲のうち、3番目以降の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに駆動回路15から出力される電圧と比べて、第1駆動信号として選択され得る電圧に近い電圧の信号を電極112,114間に印加してもよい。さらに、駆動回路15は、2番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第3駆動信号として選択され得る電圧の範囲のうち、3番目以降の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに駆動回路15から出力される電圧と比べて、第2駆動信号として選択され得る電圧に近い電圧の信号を電極112,114間に印加してもよい。
(第3駆動信号(第1駆動信号寄り)+第3駆動信号(第2駆動信号寄り)+〜)
また、上記実施の形態および変形例A,Cにおいて、駆動回路15は、3つ以上の画像データDrawが撮像素子12から出力される場合に、1番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第3駆動信号として選択され得る周波数の範囲のうち、3番目以降の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに駆動回路15から出力される周波数と比べて、第1駆動信号として選択され得る周波数に近い周波数の信号を電極112,114間に印加してもよい。さらに、駆動回路15は、2番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第3駆動信号として選択され得る周波数の範囲のうち、3番目以降の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに駆動回路15から出力される周波数と比べて、第2駆動信号として選択され得る周波数に近い周波数の信号を電極112,114間に印加してもよい。
(第3駆動信号(第2駆動信号寄り)+第3駆動信号(第1駆動信号寄り)+〜)
また、上記変形例Dにおいて、駆動回路15は、3つ以上の画像データDrawが撮像素子12から出力される場合に、1番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第3駆動信号として選択され得る電圧の範囲のうち、3番目以降の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに駆動回路15から出力される電圧と比べて、第2駆動信号として選択され得る電圧に近い電圧の信号を電極112,114間に印加してもよい。さらに、駆動回路15は、2番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第3駆動信号として選択され得る電圧の範囲のうち、3番目以降の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに駆動回路15から出力される電圧と比べて、第1駆動信号として選択され得る電圧に近い電圧の信号を電極112,114間に印加してもよい。
(第3駆動信号(第2駆動信号寄り)+第3駆動信号(第1駆動信号寄り)+〜)
また、上記変形例Dにおいて、駆動回路15は、3つ以上の画像データDrawが撮像素子12から出力される場合に、1番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第3駆動信号として選択され得る周波数の範囲のうち、3番目以降の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに駆動回路15から出力される周波数と比べて、第2駆動信号として選択され得る周波数に近い周波数の信号を電極112,114間に印加してもよい。さらに、駆動回路15は、2番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第3駆動信号として選択され得る周波数の範囲のうち、3番目以降の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに駆動回路15から出力される周波数と比べて、第1駆動信号として選択され得る周波数に近い周波数の信号を電極112,114間に印加してもよい。
<2.6 変形例F>
(第1駆動信号+第3駆動信号(第2駆動信号寄り)+〜)
また、上記実施の形態および変形例A,Cにおいて、駆動回路15は、3つ以上の画像データDrawが撮像素子12から出力される場合に、2番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第3駆動信号として選択され得る電圧の範囲のうち、3番目以降の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに駆動回路15から出力される電圧と比べて、第2駆動信号として選択され得る電圧に近い電圧の信号を電極112,114間に印加してもよい。また、上記実施の形態および変形例A,Cにおいて、駆動回路15は、3つ以上の画像データDrawが撮像素子12から出力される場合に、2番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第3駆動信号として選択され得る周波数の範囲のうち、3番目以降の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに駆動回路15から出力される周波数と比べて、第2駆動信号として選択され得る周波数に近い周波数の信号を電極112,114間に印加してもよい。
(第2駆動信号+第3駆動信号(第1駆動信号寄り)+〜)
また、上記変形例Dにおいて、駆動回路15は、3つ以上の画像データDrawが撮像素子12から出力される場合に、2番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第3駆動信号として選択され得る電圧の範囲のうち、3番目以降の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに駆動回路15から出力される電圧と比べて、第1駆動信号として選択され得る電圧に近い電圧の信号を電極112,114間に印加してもよい。また、上記変形例Dにおいて、駆動回路15は、3つ以上の画像データDrawが撮像素子12から出力される場合に、2番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第3駆動信号として選択され得る周波数の範囲のうち、3番目以降の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに駆動回路15から出力される周波数と比べて、第1駆動信号として選択され得る周波数に近い周波数の信号を電極112,114間に印加してもよい。
<2.7 変形例G>
(第3駆動信号(第1駆動信号寄り)+第3駆動信号(第2駆動信号寄り))
また、上記変形例B,Cにおいて、駆動回路15は、2つの画像データDrawが撮像素子12から出力される場合に、1番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第3駆動信号として選択され得る電圧の範囲のうち、2番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに駆動回路15から出力される電圧と比べて、第1駆動信号として選択され得る電圧に近い電圧の信号を電極112,114間に印加してもよい。つまり、上記変形例B,Cにおいて、駆動回路15は、2つの画像データDrawが撮像素子12から出力される場合に、1番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第3駆動信号として選択され得る電圧の範囲のうち、第1駆動信号として選択され得る電圧に相対的に近い電圧の信号を電極112,114間に印加してもよい。
さらに、上記変形例B,Cにおいて、駆動回路15は、2つの画像データDrawが撮像素子12から出力される場合に、2番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第3駆動信号として選択され得る電圧の範囲のうち、1番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに駆動回路15から出力される電圧と比べて、第2駆動信号として選択され得る電圧に近い電圧の信号を電極112,114間に印加してもよい。つまり、上記変形例B,Cにおいて、駆動回路15は、2つの画像データDrawが撮像素子12から出力される場合に、2番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第3駆動信号として選択され得る電圧の範囲のうち、第2駆動信号として選択され得る電圧に相対的に近い電圧の信号を電極112,114間に印加してもよい。
(第3駆動信号(第1駆動信号寄り)+第3駆動信号(第2駆動信号寄り))
また、上記変形例B,Cにおいて、駆動回路15は、2つの画像データDrawが撮像素子12から出力される場合に、1番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第3駆動信号として選択され得る周波数の範囲のうち、2番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに駆動回路15から出力される周波数と比べて、第1駆動信号として選択され得る周波数に近い周波数の信号を電極112,114間に印加してもよい。つまり、上記変形例B,Cにおいて、駆動回路15は、2つの画像データDrawが撮像素子12から出力される場合に、1番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第3駆動信号として選択され得る周波数の範囲のうち、第1駆動信号として選択され得る周波数に相対的に近い周波数の信号を電極112,114間に印加してもよい。
さらに、上記変形例B,Cにおいて、駆動回路15は、2つの画像データDrawが撮像素子12から出力される場合に、2番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第3駆動信号として選択され得る周波数の範囲のうち、1番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに駆動回路15から出力される周波数と比べて、第2駆動信号として選択され得る周波数に近い周波数の信号を電極112,114間に印加してもよい。つまり、上記変形例B,Cにおいて、駆動回路15は、2つの画像データDrawが撮像素子12から出力される場合に、2番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第3駆動信号として選択され得る周波数の範囲のうち、第2駆動信号として選択され得る周波数に相対的に近い周波数の信号を電極112,114間に印加してもよい。
(第3駆動信号(第2駆動信号寄り)+第3駆動信号(第1駆動信号寄り))
また、上記変形例Dにおいて、駆動回路15は、2つの画像データDrawが撮像素子12から出力される場合に、1番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第3駆動信号として選択され得る電圧の範囲のうち、2番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに駆動回路15から出力される電圧と比べて、第2駆動信号として選択され得る電圧に近い電圧の信号を電極112,114間に印加してもよい。つまり、上記変形例Dにおいて、駆動回路15は、2つの画像データDrawが撮像素子12から出力される場合に、1番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第3駆動信号として選択され得る電圧の範囲のうち、第2駆動信号として選択され得る電圧に相対的に近い電圧の信号を電極112,114間に印加してもよい。
さらに、上記変形例Dにおいて、駆動回路15は、2つの画像データDrawが撮像素子12から出力される場合に、2番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第3駆動信号として選択され得る電圧の範囲のうち、1番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに駆動回路15から出力される電圧と比べて、第1駆動信号として選択され得る電圧に近い電圧の信号を電極112,114間に印加してもよい。つまり、上記変形例Dにおいて、駆動回路15は、2つの画像データDrawが撮像素子12から出力される場合に、2番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第3駆動信号として選択され得る電圧の範囲のうち、第1駆動信号として選択され得る電圧に相対的に近い電圧の信号を電極112,114間に印加してもよい。
(第3駆動信号(第2駆動信号寄り)+第3駆動信号(第1駆動信号寄り))
また、上記変形例Dにおいて、駆動回路15は、2つの画像データDrawが撮像素子12から出力される場合に、1番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第3駆動信号として選択され得る周波数の範囲のうち、2番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに駆動回路15から出力される周波数と比べて、第2駆動信号として選択され得る周波数に近い周波数の信号を電極112,114間に印加してもよい。つまり、上記変形例Dにおいて、駆動回路15は、2つの画像データDrawが撮像素子12から出力される場合に、1番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第3駆動信号として選択され得る周波数の範囲のうち、第2駆動信号として選択され得る周波数に相対的に近い周波数の信号を電極112,114間に印加してもよい。
さらに、上記変形例Dにおいて、駆動回路15は、2つの画像データDrawが撮像素子12から出力される場合に、2番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第3駆動信号として選択され得る周波数の範囲のうち、1番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに駆動回路15から出力される周波数と比べて、第1駆動信号として選択され得る周波数に近い周波数の信号を電極112,114間に印加してもよい。つまり、上記変形例Dにおいて、駆動回路15は、2つの画像データDrawが撮像素子12から出力される場合に、2番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第3駆動信号として選択され得る周波数の範囲のうち、第1駆動信号として選択され得る周波数に相対的に近い周波数の信号を電極112,114間に印加してもよい。
<2.8 変形例H>
図19は、複屈折板11,15の光学軸AX1,AX2の一変形例を表したものである。本変形例の複屈折板111,115では、像の分離方向が互いに同じ方向を向いている。複屈折板111の光学軸AX1および複屈折板115の光学軸AX2は、光入射面110Aの法線111Aと平行な面内において互いに平行となっている。光学軸AX1,AX2が入射面110Aの法線111Aと斜めに交差している。光学軸AX1と法線11Aとのなす角θ2は、例えば、法線111Aを基準として反時計回りに90°よりも小さくなっており、例えば、45°となっている。光学軸AX2と法線111Aとのなす角θ3は、例えば、法線111Aを基準として反時計回りに90°よりも小さくなっており、例えば、45°となっている。
次に、本変形例に係る液晶ローパスフィルタ11(具体的には、一対の複屈折板111,115および液晶層113)の光学的な作用について説明する。図20A、図20B、図20Cは、本変形例に係る液晶ローパスフィルタ11の作用の一例を表したものである。図20Aでは、電極112,114間の電圧Vが電圧V1となっているか、または電極112,114間の周波数Fが周波数F2となっている。図20Bでは、電極112,114間の電圧Vが電圧V2となっているか、または電極112,114間の周波数Fが周波数F1となっている。図20Cでは、電極112,114間の電圧Vが電圧V3となっているか、または電極112,114間の周波数Fが周波数F3となっている。
(V=V1、F=F2の場合(図20A))
複屈折板111の、入射光L1に対する作用と、複屈折板111で分離されたp偏光およびs偏光に対する作用とは、上記実施の形態において記述した作用と同じである。そこで、以下では、複屈折板115の作用について説明する。液晶層113を透過してきたs偏光およびp偏光が複屈折板115に入射すると、s偏光およびp偏光の分離幅が、複屈折板115の複屈折性により、変化する。複屈折板115の光学軸AX2に対して垂直に振動する偏光成分がs偏光である場合、s偏光は、複屈折板115内を、複屈折の影響を受けずに直進し、複屈折板115の裏面から出射する。p偏光は、s偏光の振動方向と直交する方向に振動するので、複屈折板115内を、複屈折の影響を受けて、複屈折板111における像の分離方向と同じ方向に斜めに進む。さらに、p偏光は、複屈折板115の裏面のうち、分離幅d2だけシフトした位置で屈折して、複屈折板115の裏面から出射する。従って、複屈折板115は、液晶層113を透過してきたs偏光およびp偏光を、分離幅(d1−d2)で、s偏光の透過光L2と、p偏光の透過光L2とに分離する。ここで、d1=d2の場合、s偏光の透過光L2と、p偏光の透過光L2とは、複屈折板115の裏面のうち、互いに同じ場所から出射される。従って、この場合は、複屈折板115は、液晶層113を透過してきたs偏光およびp偏光を互いに合成した光にする。
(V=V2、F=F1の場合(図20B))
複屈折板111の、入射光L1に対する作用と、複屈折板111で分離されたp偏光およびs偏光に対する作用とは、上記実施の形態において記述した作用と同じである。そこで、以下では、複屈折板115の作用について説明する。液晶層113を透過してきたs偏光およびp偏光が複屈折板115に入射すると、s偏光およびp偏光の分離幅が、複屈折板115の複屈折性により、変化する。複屈折板115の光学軸AX2に対して垂直に振動する偏光成分がs偏光である場合、s偏光は、複屈折板115内を、複屈折の影響を受けずに直進し、複屈折板115の裏面から出射する。p偏光は、s偏光の振動方向と直交する方向に振動するので、複屈折板115内を、複屈折の影響を受けて、複屈折板111における像の分離方向と同じ方向に斜めに進む。さらに、p偏光は、複屈折板115の裏面のうち、分離幅d2だけシフトした位置で屈折して、複屈折板115の裏面から出射する。従って、複屈折板115は、液晶層113を透過してきたs偏光およびp偏光を、分離幅(d1+d2)で、s偏光の透過光L2と、p偏光の透過光L2とに分離する。
(V=V3、F=F3の場合(図20C))
複屈折板111の、入射光L1に対する作用と、複屈折板111で分離されたp偏光およびs偏光に対する作用とは、上記実施の形態において記述した作用と同じである。そこで、以下では、複屈折板115の作用について説明する。液晶層113から出射されてきた円偏光が複屈折板115に入射すると、円偏光は、複屈折板115の複屈折性により、分離幅d2でp偏光とs偏光とに分離される。複屈折板115の光学軸AX2に対して垂直に振動する偏光成分がs偏光である場合、s偏光は、複屈折板115内を、複屈折の影響を受けずに直進し、複屈折板115の裏面から出射する。p偏光は、s偏光の振動方向と直交する方向に振動するので、複屈折板115内を、複屈折の影響を受けて、複屈折板111における像の分離方向と同じ方向に斜めに進む。さらに、p偏光は、複屈折板115の裏面のうち、分離幅d2だけシフトした位置で屈折して、複屈折板115の裏面から出射する。従って、複屈折板115は、液晶層113でp偏光から変換された円偏光と、液晶層113でs偏光から変換された円偏光とを、それぞれ、分離幅d2で、s偏光の透過光L2と、p偏光の透過光L2とに分離する。
ここで、d1=d2の場合、液晶層113でp偏光から変換された円偏光から分離されたp偏光と、液晶層113でs偏光から変換された円偏光から分離されたs偏光とが、複屈折板115の裏面のうち、互いに同じ場所から出射される。この場合、円偏光の透過光L2が複屈折板115の裏面から出射される。従って、この場合は、複屈折板115は、液晶層113から出射されてきた2つの円偏光を、分離幅(d2+d2)でp偏光の透過光L2と、s偏光の透過光L2とに分離すると共に、一旦分離したp偏光とs偏光とをp偏光の透過光L2とs偏光の透過光L2との間の位置で互いに合成した光にする。
本変形例でも、透過光のps分離幅を変更する従来の方式(分離幅変調方式)とは異なる方式(ピーク値変調方式)でカットオフ周波数fcが変化する。さらに、本変形例でも、透過光の点像強度分布に生じる3つのピークp1〜p3または4つのピークp1〜p4の値を、電極112,114間に印加する電圧V3若しくは周波数F3の大きさに応じて変えることで、カットオフ周波数fcを変化させることができる。従って、電極112,114に印加する電圧V3若しくは周波数F3の大きさを変えるだけで、当初に設定したカットオフ周波数とは異なるカットオフ周波数を設定することができる。従って、本変形例に係る液晶ローパスフィルタ11は、新たな光学部品を用意しなくてもカットオフ周波数fcを変更することの可能な構成となっている。
<2.9 変形例I>
図21Aは、液晶層113の偏光変換効率曲線(V−T曲線)の一変形例を表したものである。図21Bは、液晶層113の偏光変換効率曲線(F−T曲線)の一変形例を表したものである。図21Aにおいて、横軸は電極112,114間に印加される電圧V(周波数一定)である。図21Bにおいて、横軸は電極112,114間に印加される電圧の周波数F(電圧一定)である。図21A、図21Bにおいて、縦軸は、偏光変換効率Tである。
本変形例に係る液晶層113では、図21Aに示したように、電極112,114間に電圧V1が印加されると、偏光変換効率TがT1となる。T1は0%である。p偏光およびs偏光が、偏光変換効率がT1となっている液晶層113に入射すると、p偏光およびs偏光は、液晶層113によって偏光変換されずに、液晶層113内を直進し、液晶層113の裏面から出射する。従って、液晶層113は、p偏光およびs偏光に対して、光学的な作用を有していない。このときの液晶層113の偏光状態(液晶層113への入射光を旋光させない状態)が、本技術の「第2偏光状態」の一具体例に相当する。本変形例に係る液晶層113では、図21Aに示したように、電極112,114間に電圧V2(V1<V2)が印加されると、偏光変換効率TがT2となる。T2は100%である。p偏光が、偏光変換効率がT2となっている液晶層113に入射すると、p偏光はs偏光に変換されると共に、液晶層113内を直進し、液晶層113の裏面から出射する。複屈折板111で分離されたs偏光が、偏光変換効率がT2となっている液晶層113に入射すると、s偏光はp偏光に変換されると共に、液晶層113内を直進し、液晶層113の裏面から出射する。従って、液晶層113は、複屈折板111で分離されたp偏光およびs偏光に対して、ps変換を行う。このときの液晶層113の偏光状態(液晶層113への入射光を90度、旋光させる状態)が、本技術の「第1偏光状態」の一具体例に相当する。液晶層113では、さらに、図21Aに示したように、電極112,114間に電圧V3(V1<V3<V2)が印加されると、偏光変換効率TがT3となる。T3は0%よりも大きく、100%よりも小さな値である。図21Aには、電圧V3が、T3が50%となるときの電圧となっている場合が例示されている。p偏光が、偏光変換効率がT3(=50%)となっている液晶層113に入射すると、p偏光は円偏光に変換されると共に、液晶層113内を直進し、液晶層113の裏面から出射する。複屈折板111で分離されたs偏光が、偏光変換効率がT3(=50%)となっている液晶層113に入射すると、s偏光も円偏光に変換されると共に、液晶層113内を直進し、液晶層113の裏面から出射する。従って、液晶層113は、p偏光およびs偏光を、円偏光に変換する。このときの液晶層113の偏光状態が、本技術の「第3偏光状態」の一具体例に相当する。ここで、電圧V1は、偏光変換効率曲線の立ち上がり位置の電圧以下の電圧であり、具体的には、偏光変換効率曲線において、偏光変換効率が最小値付近で飽和している区間の電圧を指している。電圧V2は、偏光変換効率曲線の立ち下がり位置の電圧以上の電圧であり、具体的には、偏光変換効率曲線において、偏光変換効率が最大値付近で飽和している区間の電圧を指している。電圧V3は、偏光変換効率曲線の立ち上がり位置の電圧よりも大きな電圧であって、かつ偏光変換効率曲線の立ち下がり位置の電圧よりも小さな電圧である。電圧V3は、偏光変換効率曲線の立ち上がりと立ち下がりとの間の電圧(つまり、中間電圧)である。
液晶層113では、図21Bに示したように、電極112,114間に周波数F2の電圧が印加されると、偏光変換効率TがT1となり、電極112,114間に周波数F1(F1<F2)の電圧が印加されると、偏光変換効率TがT2となる。液晶層113では、さらに、図21Bに示したように、電極112,114間に周波数F3(F1<F3<F2)の電圧が印加されると、偏光変換効率TがT3となる。図21Bには、周波数F3が、T3が50%となるときの周波数となっている場合が例示されている。ここで、周波数F1は、偏光変換効率曲線の立ち下がり位置の周波数以下の周波数であり、具体的には、偏光変換効率曲線において、偏光変換効率が最小値付近で飽和している区間の周波数を指している。周波数F2は、偏光変換効率曲線の立ち上がり位置の周波数以上の周波数であり、具体的には、偏光変換効率曲線において、偏光変換効率が最大値付近で飽和している区間の周波数を指している。周波数F3は、偏光変換効率曲線の立ち下がり位置の周波数よりも大きな周波数であって、かつ偏光変換効率曲線の立ち上がり位置の周波数よりも小さな周波数である。周波数F3は、偏光変換効率曲線の立ち上がりと立ち下がりとの間の周波数(つまり、中間周波数)である。
上述したように、液晶層113は、偏光を制御するものである。上述したような偏光変換効率曲線を有する液晶としては、例えば、VA(Vertical Alignment)液晶が挙げられる。VA液晶は、ネガ型のネマティック液晶によって構成されており、通過する光の位相をネマティック液晶の複屈折性を利用して変化させることにより、通過する光の偏光方向を変えることができる。液晶ローパスフィルタ11は、液晶層113の配向を規制する配向膜として、例えば、ケイ素酸化物に代表される無機物で構成されたものを有していてもよい。
次に、本変形例に係る撮像装置1における段階露光について説明する。
図22は、本変形例に係る撮像装置1における撮像手順の一例を表したものであり、具体的には、像のボケ量を可変制御しながら段階露光を行う手順の一例を表したものである。図22は、撮像素子12から3つの画像データDrawが順次出力される場合の段階露光の手順の一例を表したものである。図23は、図22の撮像手順における偏光変換効率および印加電圧の経時変化の一例を表したものである。以下では、像のボケ量を規定するパラメータの1つであるカットオフ周波数fcを可変制御しながら段階露光を行う手順の一例について説明する。なお、図中や以下の段落に記載した画像データD1、D2、D3は、前処理回路21によって生成された画像データであって、かつ、像のボケ量の互いに異なる3つの画像データDに相当する。
まず、本変形例に係る撮像装置1は動作準備を行う(ステップS201)。具体的には、制御回路22がAF等の動作準備を撮像デバイス10に指示する。すると、駆動回路15は、制御回路22からの指示に従って、動作準備を1番目の画像データDrawの出力前に1または複数の光学部品(例えば、レンズ13やアイリス14等)に対して行う。駆動回路15は、例えば、レンズ13のフォーカスの条件や、アイリス14の条件を所定の値に設定する。このとき、駆動回路15は、液晶ローパスフィルタ11が光学的に作用しないようにした上でAF等の動作準備を撮像デバイス10に実行させる。駆動回路15は、制御回路22からの指示に従って、例えば、電極112,114間に電圧V1若しくは周波数F2である駆動信号(第2駆動信号)を印加する。
次に、本変形例に係る撮像装置1は条件A1で画像データD1を取得する(ステップS202)。条件A1は、動作準備を1番目の画像データDrawの出力前に1または複数の光学部品(例えば、レンズ13等)に対して行う際に電極112,114間に印加する準備電圧若しくは準備周波数と同一の信号か、または準備電圧若しくは準備周波数に最も近い電圧若しくは周波数の信号を電極112,114間に印加する電圧若しくは周波数に設定することを指している。本変形例において、条件A1は、電極112,114間に印加する電圧Vもしくは周波数Fを電圧V1もしくは周波数F2である駆動信号(第2駆動信号)に設定することを指している。
具体的には、制御回路22は、条件A1の設定を撮像デバイス10に指示する。すると、駆動回路15は、制御回路22からの指示に従って、電極112,114間に電圧V1もしくは周波数F2である駆動信号(第2駆動信号)を印加する。これにより、液晶層113の偏光変換効率がT1になる。さらに、制御回路22は、撮像素子12に対して撮像を指示する。具体的には、制御回路22は、液晶層113の偏光変換効率がT1となった段階で、撮像素子12に対して撮像を指示する。その結果、制御回路22は、前処理回路21を介して、条件A1で画像データD1を取得する。その後、撮像装置1は画像データD1を保存する(ステップS203)。具体的には、制御回路22は、画像データD1をメモリ部40に保存する。
続いて、本変形例に係る撮像装置1は条件A2で画像データD2を取得する(ステップS204)。条件A2は、1番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときの信号(条件A1)とは異なる信号を電極112,114間に印加する電圧若しくは周波数に設定することを指している。本変形例において、条件A2は、電圧V2若しくは周波数F1である駆動信号(第1駆動信号)を電極112,114間に印加する電圧若しくは周波数に設定することを指している。つまり、条件A2は、第1駆動信号および第2駆動信号のうち、第1駆動信号を電極112,114間に印加する電圧若しくは周波数に設定することを指している。
具体的には、制御回路22は、条件A2の設定を撮像デバイス10に指示する。すると、駆動回路15は、制御回路22からの指示に従って、電極112,114間に電圧V2若しくは周波数F1である駆動信号(第1駆動信号)を印加する。これにより、液晶層113の偏光変換効率がT1からT2に変化する。さらに、制御回路22は、撮像素子12に対して撮像を指示する。具体的には、制御回路22は、液晶層113の偏光変換効率がT2となった段階で、撮像素子12に対して撮像を指示する。その結果、制御回路22は、前処理回路21を介して、条件A2で画像データD2を取得する。その後、撮像装置1は画像データD2を保存する(ステップS205)。具体的には、制御回路22は、画像データD2をメモリ部40に保存する。
最後に、本変形例に係る撮像装置1は条件A3で画像データD3を取得する(ステップS206)。条件A3は、中間電圧若しくは中間周波数を電極112,114間に印加する電圧若しくは周波数に設定することを指している。本変形例において、条件A3は、電圧V3若しくは周波数F3である駆動信号(第3駆動信号)を電極112,114間に印加する電圧若しくは周波数に設定することを指している。
具体的には、制御回路22は、条件A3の設定を撮像デバイス10に指示する。すると、駆動回路15は、制御回路22からの指示に従って、電極112,114間に電圧V3または周波数F3である駆動信号(第3駆動信号)を印加する。これにより、液晶層113の偏光変換効率がT2からT3に変化する。さらに、制御回路22は、撮像素子12に対して撮像を指示する。具体的には、制御回路22は、液晶層113の偏光変換効率がT3となった段階で、撮像素子12に対して撮像を指示する。その結果、制御回路22は、前処理回路21を介して、条件A3で画像データD3を取得する。その後、撮像装置1は画像データD3を保存する(ステップS207)。具体的には、制御回路22は、画像データD3をメモリ部40に保存する。最後に、制御回路22は、取得した画像データD1,D2,D3を表示処理回路23に出力し、表示部30に表示させる(ステップS208)。このようにして、撮像装置1における段階露光が実行される。なお、撮像装置1は、上記の段階露光を、ユーザからの1回の指示(例えば、シャッターボタンの押下げ)によって自動で行うブラケット撮影として行ってもよい。また、撮像装置1は、上記の段階露光を、ユーザによる手動操作によって行う連続撮影として行ってもよい。
次に、本変形例に係る撮像装置1の効果について説明する。本変形例でも、透過光のps分離幅を変更する従来の方式(分離幅変調方式)とは異なる方式(ピーク値変調方式)でカットオフ周波数fcが変化する。さらに、本変形例でも、透過光の点像強度分布に生じる3つのピークp1〜p3または4つのピークp1〜p4の値を、電極112,114間に印加する電圧V3若しくは周波数F3の大きさに応じて変えることで、カットオフ周波数fcを変化させることができる。従って、電極112,114に印加する電圧V3若しくは周波数F3の大きさを変えるだけで、当初に設定したカットオフ周波数とは異なるカットオフ周波数を設定することができる。従って、本変形例に係る液晶ローパスフィルタ11は、新たな光学部品を用意しなくてもカットオフ周波数fcを変更することの可能な構成となっている。
図24は、図22の撮像手順における偏光変換効率および印加電圧の経時変化の一変形例を表したものである。図24では、第1駆動信号および第2駆動信号の電極112,114への印加が終わった後に、複数の第3駆動信号の電極112,114への印加が行われる。つまり、図24では、撮像素子12から3つ以上の画像データDrawが順次出力される。
具体的には、駆動回路15は、複数の第3駆動信号のうち、2番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに電極112,114に印加される信号の電圧若しくは周波数に最も近い第3駆動信号を、3番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに電極112,114に印加する。駆動回路15は、例えば、複数の第3駆動信号(V3a若しくはF3a、V3b若しくはF3b、またはV3c若しくはF3c)のうち、電圧V2若しくは周波数F1に最も近い第3駆動信号(V3c若しくはF3c)を、3番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに電極112,114に印加する。さらに、駆動回路15は、複数の第3駆動信号を、2番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに電極112,114に印加される信号の電圧若しくは周波数に近い順に電極112,114に印加する。駆動回路15は、例えば、複数の第3駆動信号(V3a若しくはF3a、V3b若しくはF3b、またはV3c若しくはF3c)を、電圧V2若しくは周波数F1に近い順に電極112,114に印加する。これにより、段階露光に要する時間を大幅に短くすることができる。
図25は、図22の撮像手順における偏光変換効率および印加電圧の経時変化の一変形例を表したものである。図25では、撮像素子12から2つの画像データDrawが順次出力される。駆動回路15は、1番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第2駆動信号を電極112,114に印加し、2番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第3駆動信号を電極112,114に印加する。これにより、第3駆動信号の電極112,114への印加が終わった後に、第2駆動信号の電極112,114への印加を行った場合と比べて、段階露光に要する時間を大幅に短くすることができる。
図26は、図21Aまたは図21Bの偏光変換効率曲線を有する液晶層を備えた撮像装置における撮像手順の一変形例を表したものであり、具体的には、像のボケ量を可変制御しながら段階露光を行う手順の一例を表したものである。図26は、撮像素子12から3つの画像データDrawが順次出力される場合の段階露光の手順の一変形例を表したものである。図27は、図26の撮像手順における印加電圧の経時変化の一例を表したものである。以下では、像のボケ量を規定するパラメータの1つであるカットオフ周波数fcを可変制御しながら段階露光を行う手順の一変形例について説明する。
本変形例では、図26に記載の撮像手順において、制御回路22は、AF等の動作準備を、各画像データDrawの出力前に撮像デバイス10に指示する(ステップS201,S209,S210)。そのため、駆動回路15は、制御回路22からの指示に従って、動作準備を各画像データDrawの出力前に1または複数の光学部品(例えば、レンズ13やアイリス14等)に対して行う。このとき、駆動回路15は、液晶ローパスフィルタ11が光学的に作用しないようにした上でAF等の動作準備を撮像デバイス10に実行させる。駆動回路15は、制御回路22からの指示に従って、例えば、電極112,114間に電圧V1若しくは周波数F2である駆動信号(第2駆動信号)を印加する。
本変形例では、上記実施の形態と同様、撮像素子12から3つの画像データDrawが順次出力される場合に、第1駆動信号および第2駆動信号の電極112,114への印加が終わった後に、第3駆動信号の電極112,114への印加が行われる。これにより、例えば、電極112,114への電圧印加を第1駆動信号、第3駆動信号および第2駆動信号の順に行った場合(図12参照)と比べて、液晶の応答速度に起因する待ち時間を短縮することができる。その結果、図27に示した撮影時間ΔT1を大幅に短くすることができる。従って、カットオフ周波数fcを変更しながら静止画の連続撮影を容易に行うことができる。
図28は、図26の撮像手順における印加電圧の経時変化の一変形例を表したものである。図28では、第1駆動信号および第2駆動信号の電極112,114への印加が終わった後に、複数の第3駆動信号の電極112,114への印加が行われる。つまり、図28では、撮像素子12から3つ以上の画像データDrawが順次出力される。
具体的には、駆動回路15は、複数の第3駆動信号のうち、準備電圧若しくは準備周波数と同一の信号か、または準備電圧若しくは準備周波数に最も近い電圧若しくは周波数の信号を、3番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに電極112,114に印加する。駆動回路15は、例えば、複数の第3駆動信号(V3a若しくはF3a、V3b若しくはF3b、またはV3c若しくはF3c)のうち、電圧V1若しくは周波数F2に最も近い第3駆動信号(V3a若しくはF3a)を、3番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに電極112,114に印加する。さらに、駆動回路15は、複数の第3駆動信号を、2番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに電極112,114に印加される信号の電圧若しくは周波数に近い順に電極112,114に印加する。駆動回路15は、例えば、複数の第3駆動信号(V3a若しくはF3a、V3b若しくはF3b、またはV3c若しくはF3c)を、電圧V1若しくは周波数F2に近い順に電極112,114に印加する。これにより、段階露光に要する時間を大幅に短くすることができる。
図29は、図26の撮像手順における印加電圧の経時変化の一変形例を表したものである。図29では、撮像素子12から2つの画像データDrawが順次出力される。駆動回路15は、1番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第2駆動信号を電極112,114に印加し、2番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第3駆動信号を電極112,114に印加する。これにより、第3駆動信号の電極112,114への印加が終わった後に、第2駆動信号の電極112,114への印加を行った場合と比べて、段階露光に要する時間を大幅に短くすることができる。
<2.10 変形例J>
上記変形例Hにおいて、駆動回路15は、1番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第1駆動信号を電極112,114間に印加し、2番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第2駆動信号を電極112,114に印加してもよい。
<2.11 変形例K>
また、上記変形例Iにおいて、駆動回路15は、3つ以上の画像データDrawが撮像素子12から出力される場合に、1番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第3駆動信号として選択され得る電圧もくしは周波数の範囲のうち、3番目以降の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに駆動回路15から出力される電圧もくしは周波数と比べて、第2駆動信号として選択され得る電圧もくしは周波数に近い電圧もしくは周波数の信号を電極112,114間に印加してもよい。さらに、駆動回路15は、2番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第3駆動信号として選択され得る電圧もくしは周波数の範囲のうち、3番目以降の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに駆動回路15から出力される電圧もくしは周波数と比べて、第1駆動信号として選択され得る電圧もくしは周波数に近い電圧もしくは周波数の信号を電極112,114間に印加してもよい。
<2.12 変形例L>
また、上記変形例Iにおいて、駆動回路15は、3つ以上の画像データDrawが撮像素子12から出力される場合に、2番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第3駆動信号として選択され得る電圧もくしは周波数の範囲のうち、3番目以降の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに駆動回路15から出力される電圧もくしは周波数と比べて、第1駆動信号として選択され得る電圧もくしは周波数に近い電圧もしくは周波数の信号を電極112,114間に印加してもよい。
<2.13 変形例M>
また、上記変形例Iにおいて、駆動回路15は、2つの画像データDrawが撮像素子12から出力される場合に、1番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第3駆動信号として選択され得る電圧もくしは周波数の範囲のうち、2番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに駆動回路15から出力される電圧もくしは周波数と比べて、第2駆動信号として選択され得る電圧もくしは周波数に近い電圧もしくは周波数の信号を電極112,114間に印加してもよい。また、上記変形例Iにおいて、駆動回路15は、2つの画像データDrawが撮像素子12から出力される場合に、1番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに、第3駆動信号として選択され得る電圧もくしは周波数の範囲のうち、2番目の画像データDrawが撮像素子12から出力されるときに駆動回路15から出力される電圧もくしは周波数と比べて、第1駆動信号として選択され得る電圧もくしは周波数に近い電圧もしくは周波数の信号を電極112,114間に印加してもよい。
<2.14 変形例N>
図30は、図4、図19の光学的ローパスフィルタ11の一変形例を表したものである。本変形例に係る光学的ローパスフィルタ11は、例えば、複屈折板111の光入射側にAR(Anti Reflection)層116を備えていてもよい。このとき、AR層116の外側の表面が、光入射面110Aとなる。AR層116は、光入射面110Aでの反射を減少させ、透過率を向上させるものである。本変形例に係る光学的ローパスフィルタ11は、例えば、複屈折板111と電極112との間に、低反射層117を備えていてもよい。低反射層117は、界面での反射を低減させるものである。AR層116や低反射層117を設けることにより、光学的ローパスフィルタ11の後段に設ける撮像素子の光取り込み率を向上させることができる。低反射層117は、例えば、SiO2またはTiO2等の誘電体多層膜である。
本変形例に係る液晶ローパスフィルタ11は、例えば、AR層116の代わりに、IRカット層を備えていてもよい。IRカット層は、赤外線を反射し、可視光を透過させるものである。IRカット層を設けることにより、液晶ローパスフィルタ11の後段に設ける撮像素子において感度の高い赤外線を除去することができる。
<2.15 変形例O>
図31は、撮像デバイス10の概略構成の一変形例を表したものである。本変形例では、撮像デバイス10は、さらに、1つの液晶ローパスフィルタ11と、位相解消板16とを備えている。本変形例では、2つの液晶ローパスフィルタ11が撮像素子12の前段に設けられており、これら2つの液晶ローパスフィルタ11の間に位相解消板16が設けられている。駆動回路15は、これら2つの液晶ローパスフィルタ11を駆動するようになっている。位相解消板16は、前段の液晶ローパスフィルタ11の透過光L2を円偏光に変換するものである。位相解消板16は、例えば、λ/4位相差フィルムである。
前段の液晶ローパスフィルタ11は、例えば、垂直方向に像分離を行うように配置されている。さらに、後段の液晶ローパスフィルタ11は、例えば、水平方向に像分離を行うように配置されている。これら2つの液晶ローパスフィルタ11と位相解消板16とによって、垂直方向と水平方向への像分離がなされる。
本変形例に係る撮像デバイス10でも、上記実施の形態と同様、透過光L2のps分離幅を変更する従来の方式(分離幅変調方式)とは異なる方式(ピーク値変調方式)でカットオフ周波数fcが変化する。また、透過光L2の点像強度分布に生じる3つまたは4つのピークの値を、電極112,114間に印加する電圧V3若しくは中間周波数F3の大きさに応じて変えることで、個々の液晶ローパスフィルタ11のカットオフ周波数fcを変化させることができる。従って、電極112,114間に印加する中間電圧V3若しくは周波数F3の大きさを変えるだけで、当初に設定したカットオフ周波数とは異なるカットオフ周波数を設定することができる。従って、個々の液晶ローパスフィルタ11は、新たな光学部品を用意しなくてもカットオフ周波数fcを変更することの可能な構成となっている。
本変形例において、例えば、図32に示したように、位相解消板16の代わりに、複屈折板17が設けられていてもよい。複屈折板17は、複屈折性を有しており、1軸性結晶の構造を有している。複屈折板17は、例えば、水晶、方解石またはニオブ酸リチウムによって構成されている。複屈折板17は、複屈折板111,115における像の分離方向から45度傾けた方向に像を分離するようになっている。位相解消板16の代わりに、複屈折板17を設けた場合であっても、2つの液晶ローパスフィルタ11と複屈折板17とによって、垂直方向と水平方向への像分離を行うことができる。
<2.16 変形例P>
上記各実施の形態およびそれらの変形例において、電極112,114に印加する信号を第1駆動信号から第3駆動信号に変えたときの立ち上がり応答時間が、電極112,114に印加する信号を第2駆動信号から第3駆動信号に変えたときの立ち下がり応答時間よりも短いとする。液晶層113の温度が比較的、低くなっている場合に、立ち上がり応答時間が、立ち下がり応答時間よりも短くなりやすい。このとき、駆動回路15は、撮像素子から3つ以上の画像データDrawが順次出力されるときには、第2駆動信号、第1駆動信号および第3駆動信号をこの順に電極112,114に印加する(図11、図13、図16、図17参照)。本変形例において、入力部50が、液晶層113の温度、または液晶層113の温度に対応する温度を計測する温度素子を備えていてもよい。この場合、制御回路22が、温度素子の出力に基づいて、駆動回路15に対して、第2駆動信号、第1駆動信号および第3駆動信号をこの順に電極112,114に印加するよう指示してもよい。
<2.17 変形例Q>
上記各実施の形態およびそれらの変形例において、電極112,114に印加する信号を第2駆動信号から第3駆動信号に変えたときの立ち下がり応答時間が、電極112,114に印加する信号を第1駆動信号から第3駆動信号に変えたときの立ち上がり応答時間よりも短いとする。液晶層113の温度が比較的、暖かくなっている場合に、立ち下がり応答時間が、立ち上がり応答時間よりも短くなりやすい。このとき、駆動回路15は、撮像素子から3つ以上の画像データDrawが順次出力されるときには、第1駆動信号、第2駆動信号および第3駆動信号をこの順に前記電極に印加する(図23、図24、図27、図28参照)。本変形例において、入力部50が、液晶層113の温度、または液晶層113の温度に対応する温度を計測する温度素子を備えていてもよい。この場合、制御回路22が、温度素子の出力に基づいて、駆動回路15に対して、第1駆動信号、第2駆動信号および第3駆動信号をこの順に電極112,114に印加するよう指示してもよい。
<2.18 変形例R>
上記実施の形態およびそれらの変形例において、駆動回路15は、電極112,114に印加する信号を第1駆動信号から第2駆動信号に変位させる際に、オーバードライブ信号を電極112,114に印加してもよい。このとき、オーバードライブ信号は、電圧V2として採り得る範囲の中で高い電圧の信号であるか、または、周波数F1として採り得る範囲の中で低い周波数の信号である。また、上記実施の形態およびそれらの変形例において、駆動回路15は、電極112,114に印加する信号を第2駆動信号から第1駆動信号に変位させる際に、オーバードライブ信号を電極112,114に印加してもよい。このとき、オーバードライブ信号は、電圧V1として採り得る範囲の中で低い電圧の信号であるか、または、周波数F2として採り得る範囲の中で高い周波数の信号である。これにより、オーバードライブ信号を印加したときと印加していないときとで偏光変換効率Tをほとんど変動させることなく(つまり、画質に影響を与えず)、液晶層113の応答速度に起因する待ち時間を短縮することができる。その結果、オーバードライブ信号を用いない場合と比べて、段階露光に要する時間を大幅に短くすることができる。
<2.19 変形例S>
上記実施の形態およびそれらの変形例において、駆動回路15が、例えば、図33、図34、図35に示したように、駆動回路15Aと、駆動回路15Bとに分離していてもよい。駆動回路15Aは、液晶ローパスフィルタ11、レンズ13およびアイリス14を駆動する。駆動回路15Bは、撮像素子12を駆動するともに撮像素子12から出力された画像データDrawに対して所定の処理を行うことにより画像データDを生成する。さらに、上記実施の形態およびそれらの変形例において、演算部20が、例えば、図33、図34、図35に示したように、駆動回路15Aを制御する制御回路22Aと、駆動回路15Bを制御する演算部20’とに分離していてもよい。制御回路22Aは、演算部20’からの制御信号に応じて動作する。
駆動回路15Aは、例えば、第1電圧もしくは第1周波数の電圧、第2電圧もしくは第2周波数の電圧、および中間電圧もしくは中間周波数の電圧を電極112,114間に印加可能となっている。駆動回路15Aは、制御回路22Aからの指示に従って、例えば、第1駆動信号、第2駆動信号、または、第3駆動信号を電極112,114間に印加する。制御回路22Aは、例えば、駆動回路15Aに対して、第1駆動信号、第2駆動信号、または、第3駆動信号の電極112,114への出力を指示する。
上記実施の形態およびそれらの変形例において、1または複数の液晶ローパスフィルタ11、レンズ13、アイリス14、駆動回路15Aおよび制御回路22Aが、光学装置100を構成している。光学装置100は、例えば、撮像装置1に対して着脱可能に構成されている。
以上、実施の形態およびその変形例を挙げて本技術を説明したが、本技術は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。なお、本明細書中に記載された効果は、あくまで例示である。本技術の効果は、本明細書中に記載された効果に限定されるものではない。本技術が、本明細書中に記載された効果以外の効果を持っていてもよい。
また、例えば、本技術は以下のような構成を取ることができる。
(1)
液晶ローパスフィルタの液晶層を、第1の偏光状態、第2の偏光状態、および前記第1の偏光状態と前記第2の偏光状態との間の偏光状態である中間偏光状態のうちのいずれかの偏光状態とする制御を行う制御部を備え、
前記制御部は、撮像素子から複数の画像データが出力される場合に、1番目の前記画像データの出力に際して、前記液晶層の偏光状態を前記第1の偏光状態または前記第2の偏光状態に制御し、2番目以降の少なくとも1つの前記画像データの出力に際して、前記液晶層の偏光状態を前記中間偏光状態とする
制御装置。
(2)
前記制御部は、前記撮像素子から2つの画像データが出力される場合に、1番目の前記画像データの出力に際して、前記液晶層の偏光状態を前記第1の偏光状態または前記第2の偏光状態に制御し、2番目の前記画像データの出力に際して、前記液晶層の偏光状態を前記中間偏光状態に制御する
(1)に記載の制御装置。
(3)
前記制御部は、前記撮像素子から3以上の画像データが出力される場合に、1番目の前記画像データの出力に際して、前記液晶層の偏光状態を前記第1の偏光状態または前記第2の偏光状態に制御し、2番目の前記画像データの出力に際して、前記液晶層の偏光状態を、前記第1の偏光状態および前記第2の偏光状態のうち、1番目の前記画像データの出力の際とは異なる偏光状態に制御し、3番目以降の前記画像データの出力に際して、前記液晶層の偏光状態を前記中間偏光状態に制御する
(1)に記載の制御装置。
(4)
前記第1の偏光状態とは、前記液晶層への入射光を90度、旋光させる状態を指しており、
前記第2の偏光状態とは、前記液晶層への入射光を旋光させない状態を指している
(1)ないし(3)のいずれか1つに記載の制御装置。
(5)
前記制御部が前記液晶層を前記第1の偏光状態とするために前記液晶層に印加する第1駆動信号は、前記液晶層の偏光変換効率曲線が偏光変換効率の最大値および最小値のいずれか一方の付近で飽和している区間の電圧もしくは周波数の信号であり、
前記制御部が前記液晶層を前記第2の偏光状態とするために前記液晶層に印加する第2駆動信号は、前記液晶層の偏光変換効率曲線が偏光変換効率の最大値および最小値のうち前記第1駆動信号のときとは異なる方の付近で飽和している区間の電圧もしくは周波数の信号である
(4)に記載の制御装置。
(6)
複数の前記画像データの出力とは、連続撮影である
(1)ないし(5)のいずれか1つに記載の制御装置。
(7)
複数の前記画像データの出力は、ブラケット撮影に用いられる
(1)ないし(5)のいずれか1つに記載の制御装置。
(8)
前記制御部は、前記撮像素子から前記画像データが出力されるにあたって必要となる動作準備を1番目の前記画像データの出力前に、前記液晶ローパスフィルタの前段に設けられる1または複数の光学部品に対して行う際に前記液晶層に印加する準備電圧若しくは準備周波数と同一の信号か、または前記準備電圧若しくは前記準備周波数に最も近い電圧若しくは周波数の信号を、前記撮像素子から1番目の前記画像データが出力されるときに前記液晶層に印加する
(1)ないし(7)のいずれか1つに記載の制御装置。
(9)
前記制御部は、前記撮像素子から3以上の前記画像データが順次出力される場合には、前記撮像素子から3番目以降の前記画像データが出力されるときに、前記液晶層を前記中間偏光状態とするために前記液晶層に印加される複数の第3駆動信号のうち、前記撮像素子から2番目の前記画像データが出力されるときに前記液晶層に印加される信号の電圧若しくは周波数に最も近い前記第3駆動信号を、前記撮像素子から3番目の前記画像データが出力されるときに前記液晶層に印加する
(8)に記載の制御装置。
(10)
前記制御部は、前記撮像素子から3以上の前記画像データが順次出力される場合に
は、前記撮像素子から3番目以降の前記画像データが出力されるときに前記液晶層に印加される複数の前記第3駆動信号を、前記撮像素子から2番目の前記画像データが出力されるときに前記液晶層に印加される信号の電圧若しくは周波数に近い順に前記液晶層に印加する
(9)に記載の制御装置。
(11)
前記制御部は、前記動作準備を各前記画像データの出力前に1または複数の前記光学部品に対して行い、
前記制御部は、前記撮像素子から3以上の前記画像データが順次出力される場合には、前記撮像素子から3番目以降の前記画像データが出力されるときに、前記液晶層を前記中間偏光状態とするために前記液晶層に印加される複数の第3駆動信号のうち、前記準備電圧若しくは前記準備周波数と同一の信号か、または前記準備電圧若しくは前記準備周波数に最も近い電圧若しくは周波数の信号を、前記撮像素子から3番目の前記画像データが出力されるときに前記液晶層に印加する
(8)に記載の制御装置。
(12)
前記制御部は、前記撮像素子から3以上の前記画像データが順次出力される場合には、前記撮像素子から3番目以降の前記画像データが出力されるときに前記液晶層に印加される複数の前記第3駆動信号を、前記撮像素子から2番目の前記画像データが出力されるときに前記液晶層に印加される信号の電圧若しくは周波数に近い順に前記液晶層に印加する
(11)に記載の制御装置。
(13)
前記制御部は、前記撮像素子から3以上の前記画像データが順次出力される場合であって、かつ、前記液晶層の偏光状態を前記第1の偏光状態から前記中間偏光状態に変えたときの立ち上がり応答時間が、前記液晶層の偏光状態を前記第2の偏光状態から前記中間偏光状態に変えたときの立ち下がり応答時間よりも短いときには、前記液晶層の偏光状態を前記第2の偏光状態、前記第1の偏光状態および前記中間偏光状態の順に変える
(1)ないし(12)のいずれか1つに記載の制御装置。
(14)
前記制御部は、前記撮像素子から3以上の前記画像データが順次出力される場合であって、かつ、前記液晶層の偏光状態を前記第2の偏光状態から前記中間偏光状態に変えたときの立ち下がり応答時間が、前記液晶層の偏光状態を前記第1の偏光状態から前記中間偏光状態に変えたときの立ち上がり応答時間よりも短いときには、前記液晶層の偏光状態を前記第1の偏光状態、前記第2の偏光状態および前記中間偏光状態の順に変える
(1)ないし(12)のいずれか1つに記載の制御装置。
(15)
画像データを出力する撮像素子と、
液晶層を有し、前記撮像素子に対する光の入射経路上に配置された液晶ローパスフィルタと、
前記撮像素子を制御すると共に、前記液晶層を制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、前記液晶層を、第1の偏光状態、第2の偏光状態、および前記第1の偏光状態と前記第2の偏光状態との間の偏光状態である中間偏光状態のうちのいずれかの偏光状態とする制御を行い、
前記制御部は、前記撮像素子から複数の前記画像データが出力される場合に、1番目の前記画像データの出力に際して、前記液晶層の偏光状態を前記第1の偏光状態または前記第2の偏光状態に制御し、2番目以降の少なくとも1つの前記画像データの出力に際して、前記液晶層の偏光状態を前記中間偏光状態に制御する
撮像装置。
(16)
液晶層を備え、撮像素子に対する光の入射経路上に配置された液晶ローパスフィルタの制御方法であって、
前記撮像素子から複数の画像データが出力される場合に、1番目の前記画像データの出力に際して、前記液晶層の偏光状態を第1の偏光状態または第2の偏光状態に制御し、2番目以降の少なくとも1つの前記画像データの出力に際して、前記液晶層の偏光状態を中間偏光状態とすること
を含む
液晶ローパスフィルタの制御方法。
本出願は、日本国特許庁において2014年8月7日に出願された日本特許出願番号第2014−161126号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願のすべての内容を参照によって本出願に援用する。
当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims (16)

  1. 液晶ローパスフィルタの液晶層を、第1の偏光状態、第2の偏光状態、および前記第1の偏光状態と前記第2の偏光状態との間の偏光状態である中間偏光状態のうちのいずれかの偏光状態とする制御を行う制御部を備え、
    前記制御部は、撮像素子から複数の画像データが出力される場合に、1番目の前記画像データの出力に際して、前記液晶層の偏光状態を前記第1の偏光状態または前記第2の偏光状態に制御し、2番目以降の少なくとも1つの前記画像データの出力に際して、前記液晶層の偏光状態を前記中間偏光状態とする
    制御装置。
  2. 前記制御部は、前記撮像素子から2つの画像データが出力される場合に、1番目の前記画像データの出力に際して、前記液晶層の偏光状態を前記第1の偏光状態または前記第2の偏光状態に制御し、2番目の前記画像データの出力に際して、前記液晶層の偏光状態を前記中間偏光状態に制御する
    請求項1に記載の制御装置。
  3. 前記制御部は、前記撮像素子から3以上の画像データが出力される場合に、1番目の前記画像データの出力に際して、前記液晶層の偏光状態を前記第1の偏光状態または前記第2の偏光状態に制御し、2番目の前記画像データの出力に際して、前記液晶層の偏光状態を、前記第1の偏光状態および前記第2の偏光状態のうち、1番目の前記画像データの出力の際とは異なる偏光状態に制御し、3番目以降の前記画像データの出力に際して、前記液晶層の偏光状態を前記中間偏光状態に制御する
    請求項1に記載の制御装置。
  4. 前記第1の偏光状態とは、前記液晶層への入射光を90度、旋光させる状態を指しており、
    前記第2の偏光状態とは、前記液晶層への入射光を旋光させない状態を指している
    請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の制御装置。
  5. 前記制御部が前記液晶層を前記第1の偏光状態とするために前記液晶層に印加する第1駆動信号は、前記液晶層の偏光変換効率曲線が偏光変換効率の最大値および最小値のいずれか一方の付近で飽和している区間の電圧もしくは周波数の信号であり、
    前記制御部が前記液晶層を前記第2の偏光状態とするために前記液晶層に印加する第2駆動信号は、前記液晶層の偏光変換効率曲線が偏光変換効率の最大値および最小値のうち前記第1駆動信号のときとは異なる方の付近で飽和している区間の電圧もしくは周波数の信号である
    請求項4に記載の制御装置。
  6. 複数の前記画像データの出力とは、連続撮影である
    請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の制御装置。
  7. 複数の前記画像データの出力は、ブラケット撮影に用いられる
    請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の制御装置。
  8. 前記制御部は、前記撮像素子から前記画像データが出力されるにあたって必要となる動作準備を1番目の前記画像データの出力前に、前記液晶ローパスフィルタの前段に設けられる1または複数の光学部品に対して行う際に前記液晶層に印加する準備電圧若しくは準備周波数と同一の信号か、または前記準備電圧若しくは前記準備周波数に最も近い電圧若しくは周波数の信号を、前記撮像素子から1番目の前記画像データが出力されるときに前記液晶層に印加する
    請求項1ないし請求項7のいずれか一項に記載の制御装置。
  9. 前記制御部は、前記撮像素子から3以上の前記画像データが順次出力される場合には、前記撮像素子から3番目以降の前記画像データが出力されるときに、前記液晶層を前記中間偏光状態とするために前記液晶層に印加される複数の第3駆動信号のうち、前記撮像素子から2番目の前記画像データが出力されるときに前記液晶層に印加される信号の電圧若しくは周波数に最も近い前記第3駆動信号を、前記撮像素子から3番目の前記画像データが出力されるときに前記液晶層に印加する
    請求項8に記載の制御装置。
  10. 前記制御部は、前記撮像素子から3以上の前記画像データが順次出力される場合に
    は、前記撮像素子から3番目以降の前記画像データが出力されるときに前記液晶層に印加される複数の前記第3駆動信号を、前記撮像素子から2番目の前記画像データが出力されるときに前記液晶層に印加される信号の電圧若しくは周波数に近い順に前記液晶層に印加する
    請求項9に記載の制御装置。
  11. 前記制御部は、前記動作準備を各前記画像データの出力前に1または複数の前記光学部品に対して行い、
    前記制御部は、前記撮像素子から3以上の前記画像データが順次出力される場合には、前記撮像素子から3番目以降の前記画像データが出力されるときに、前記液晶層を前記中間偏光状態とするために前記液晶層に印加される複数の第3駆動信号のうち、前記準備電圧若しくは前記準備周波数と同一の信号か、または前記準備電圧若しくは前記準備周波数に最も近い電圧若しくは周波数の信号を、前記撮像素子から3番目の前記画像データが出力されるときに前記液晶層に印加する
    請求項8に記載の制御装置。
  12. 前記制御部は、前記撮像素子から3以上の前記画像データが順次出力される場合には、前記撮像素子から3番目以降の前記画像データが出力されるときに前記液晶層に印加される複数の前記第3駆動信号を、前記撮像素子から2番目の前記画像データが出力されるときに前記液晶層に印加される信号の電圧若しくは周波数に近い順に前記液晶層に印加する
    請求項11に記載の制御装置。
  13. 前記制御部は、前記撮像素子から3以上の前記画像データが順次出力される場合であって、かつ、前記液晶層の偏光状態を前記第1の偏光状態から前記中間偏光状態に変えたときの立ち上がり応答時間が、前記液晶層の偏光状態を前記第2の偏光状態から前記中間偏光状態に変えたときの立ち下がり応答時間よりも短いときには、前記液晶層の偏光状態を前記第2の偏光状態、前記第1の偏光状態および前記中間偏光状態の順に変える
    請求項1ないし請求項12のいずれか一項に記載の制御装置。
  14. 前記制御部は、前記撮像素子から3以上の前記画像データが順次出力される場合であって、かつ、前記液晶層の偏光状態を前記第2の偏光状態から前記中間偏光状態に変えたときの立ち下がり応答時間が、前記液晶層の偏光状態を前記第1の偏光状態から前記中間偏光状態に変えたときの立ち上がり応答時間よりも短いときには、前記液晶層の偏光状態を前記第1の偏光状態、前記第2の偏光状態および前記中間偏光状態の順に変える
    請求項1ないし請求項12のいずれか一項に記載の制御装置。
  15. 画像データを出力する撮像素子と、
    液晶層を有し、前記撮像素子に対する光の入射経路上に配置された液晶ローパスフィルタと、
    前記撮像素子を制御すると共に、前記液晶層を制御する制御部と
    を備え、
    前記制御部は、前記液晶層を、第1の偏光状態、第2の偏光状態、および前記第1の偏光状態と前記第2の偏光状態との間の偏光状態である中間偏光状態のうちのいずれかの偏光状態とする制御を行い、
    前記制御部は、前記撮像素子から複数の前記画像データが出力される場合に、1番目の前記画像データの出力に際して、前記液晶層の偏光状態を前記第1の偏光状態または前記第2の偏光状態に制御し、2番目以降の少なくとも1つの前記画像データの出力に際して、前記液晶層の偏光状態を前記中間偏光状態に制御する
    撮像装置。
  16. 液晶層を備え、撮像素子に対する光の入射経路上に配置された液晶ローパスフィルタの制御方法であって、
    前記撮像素子から複数の画像データが出力される場合に、1番目の前記画像データの出力に際して、前記液晶層の偏光状態を第1の偏光状態または第2の偏光状態に制御し、2番目以降の少なくとも1つの前記画像データの出力に際して、前記液晶層の偏光状態を中間偏光状態とすること
    を含む
    液晶ローパスフィルタの制御方法。
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