KR20090094266A - 촬상장치 및 촬상방법 - Google Patents

촬상장치 및 촬상방법

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KR20090094266A
KR20090094266A KR1020097011517A KR20097011517A KR20090094266A KR 20090094266 A KR20090094266 A KR 20090094266A KR 1020097011517 A KR1020097011517 A KR 1020097011517A KR 20097011517 A KR20097011517 A KR 20097011517A KR 20090094266 A KR20090094266 A KR 20090094266A
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KR
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imaging
lens
microlens
microlens array
image processing
Prior art date
Application number
KR1020097011517A
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Inventor
준지 카지하라
켄지 야마모토
이사오 이치무라
Original Assignee
소니 가부시끼 가이샤
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Publication date
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Abstract

간이한 구성에서, 라이트·휠드·포토그래피 기술에 근거하는 촬상 모드 및 일반적인 고해상도의 촬상 모드의 교체를 행하는 것이 가능한 촬상장치를 제공한다. 촬상장치는, 촬상 렌즈(11), 촬상 렌즈를 통과한 광이 입사하는 마이크로렌즈 어레이부(12), 및 마이크로렌즈 어레이부(12)로부터 출사된 광을 수광하는 촬상소자(13)를 구비하고 있고, 마이크로렌즈 어레이부(12)를 구성하는 각 마이크로렌즈는, 인가되는 전압에 따라 초점거리가 가변한다.

Description

촬상장치 및 촬상방법{Imaging device and imaging method}
(기술분야)
본 발명은, 촬상장치 및 촬상방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 예를 들면 라이트·휠드·포토그래피(Light Field Photography)기술에 근거하는 촬상 모드, 및 일반적인 고해상도의 촬상 모드의 2개의 촬상 모드를 바꾸어서 촬상하는 것을 가능하게 하는 촬상장치 및 촬상방법에 관한 것이다.
(배경기술)
종래부터, 여러가지 촬상장치가 제안되어, 개발되고 있다. 또한, 촬상해서 얻어진 촬상신호에 대하여, 소정의 화상처리를 실행해서 출력하도록 한 촬상장치도 제안되어 있다. 예를 들면, 특허문헌1 및 비특허문헌1에는, 라이트·휠드·포토그래피라고 불리는 수법을 사용한 촬상장치가 제안되어 있다. 이 촬상장치는, 촬상 렌즈와, 마이크로렌즈 어레이와, 수광소자와, 화상처리부로 구성되어 있고, 수광소자로부터 얻어진 촬상신호는, 수광소자의 수광면에 있어서의 광의 강도에 더해서, 그 광의 진행 방향의 정보도 포함하고 있다. 그리고, 이러한 촬상신호에 근거하여, 화상처리부에 있어서, 임의의 시점이나 방향에서의 관찰 화상이 재구축된다.
특허문헌1:국제공개 제06/039486호 팜플렛
비특허문헌1:Ren.Ng,et al,"Light Field Photography with a Hand-Held Plenoptic Camera", Stanford Tech Report CTSR2005-02
(발명의 개시)
그런데, 라이트·휠드·포토그래피 기술을 이용한 촬상장치에 있어서, 라이트·휠드·포토그래피 기술을 사용하지 않는 일반적인 고해상도의 촬상 모드(제1의 촬상 모드라고 부른다)와, 라이트·휠드·포토그래피 기술에 근거하는 촬상 모드(제2의 촬상 모드라고 부른다)를, 적당하게 바꾸어서 사용하는 것이 생각된다. 그렇지만, 이렇게 2개의 촬상 모드를 바꾸기 위해서는, 마이크로렌즈 어레이를 기계적으로 움직일 필요가 있다. 다시 말해, 제1의 촬상 모드에서는, 마이크로렌즈 어레이는 불필요하므로, 마이크로렌즈 어레이를 광축상에서 이동시키고, 광축상에서 제거할 필요가 있다. 한편, 제2의 촬상 모드에서는, 마이크로렌즈 어레이를 광축 위에 배치시킬 필요가 있다. 따라서, 2개의 촬상 모드를 바꾸어서 사용하는 것을 시험해 보았을 경우, 촬상장치의 구성, 구조가 복잡해지고, 촬상장치 전체가 대형화해버린다고 한 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 간이한 구성, 구조에서, 예를 들면 라이트·휠드·포토그래피 기술에 근거하는 촬상 모드 및 일반적인 고해상도의 촬상 모드의 2개의 촬상 모드의 교체를 용이하게 행하는 것이 가능한 촬상장치, 및 관련되는 촬상장치를 사용한 촬상방법을 제공하는 데에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1의 형태에 관련되는 촬상장치는,
(A) 촬상 렌즈,
(B) 촬상 렌즈를 통과한 광이 입사하는 마이크로렌즈 어레이부, 및,
(C) 마이크로렌즈 어레이부로부터 출사된 광을 수광하는 촬상소자를 구비하고 있고,
마이크로렌즈 어레이부를 구성하는 각 마이크로렌즈는, 인가되는 전압에 따라 초점거리가 가변인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제1의 형태에 관련되는 촬상장치에 있어서는,
제1의 촬상 모드 및 제2의 촬상 모드에 의해 촬상이 이루어지고,
제1의 촬상 모드에 의한 촬상시, 마이크로렌즈 어레이부를 구성하는 각 마이크로렌즈의 초점거리가 무한대로 됨으로써, 촬상 렌즈에 의한 상이 촬상소자 위에 결상되고, 제2의 촬상 모드에 의한 촬상시, 촬상 렌즈에 의한 상이 마이크로렌즈 위에 결상되고, 각 마이크로렌즈의 초점거리가 유한의 값으로 됨으로써, 마이크로렌즈 위에 결상된 촬상 렌즈에 의한 상이 촬상소자 위에 투영되는 구성으로 할 수 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1의 형태에 관련되는 촬상방법은, 본 발명의 제1의 형태에 관련되는 촬상장치, 다시 말해,
(A)촬상 렌즈,
(B)촬상 렌즈를 통과한 광이 입사하는 마이크로렌즈 어레이부, 및,
(C)마이크로렌즈 어레이부로부터 출사된 광을 수광하는 촬상소자를 구비하고 있고,
마이크로렌즈 어레이부를 구성하는 각 마이크로렌즈는, 인가되는 전압에 따라 초점거리가 가변인 촬상장치를 사용한 촬상방법으로서,
제1의 촬상 모드 및 제2의 촬상 모드에 의해 촬상되고,
제1의 촬상 모드에 의한 촬상시, 마이크로렌즈 어레이부를 구성하는 각 마이크로렌즈의 초점거리를 무한대로 함으로써, 촬상 렌즈에 의한 상을 촬상소자 위에 결상시키고,
제2의 촬상 모드에 의한 촬상시, 촬상 렌즈에 의한 상을 마이크로렌즈 위에 결상시키고, 각 마이크로렌즈의 초점거리를 유한의 값으로 함으로써, 마이크로렌즈 위에 결상된 촬상 렌즈에 의한 상을 촬상소자 위에 투영하는 것을 특징으로 한다.
상기의 바람직한 구성을 포함하는 본 발명의 제1의 형태에 관련되는 촬상장치 혹은 촬상방법에서 사용되는 촬상장치(이하, 이것들을 총칭하여, 『본 발명의 제1의 형태에 관련되는 촬상장치등』이라고 부른다)에 있어서는,
(D)촬상소자로부터의 신호에 대하여 소정의 화상처리를 실행하기 위한 화상처리부, 및,
(E) 마이크로렌즈 어레이부에 전압을 인가하기 위한 전압공급부를 더 구비하고 있고,
촬상장치에 있어서는, 제1의 촬상 모드 및 제2의 촬상 모드에 의해 촬상이 이루어지고,
제1의 촬상 모드에 의한 촬상시, 전압공급부로부터 마이크로렌즈 어레이부로의 전압의 인가가 정지되고, 또한, 화상처리부에 의한 소정의 화상처리가 정지되고,
제2의 촬상 모드에 의한 촬상시, 전압공급부로부터 마이크로렌즈 어레이부로의 전압의 인가가 행해지고, 또한, 화상처리부에 의한 소정의 화상처리가 행해지는 구성으로 할 수 있다. 한편, 이러한 구성을, 편의상, 제1의 구성이라고 부른다.
혹은 또한, 본 발명의 제1의 형태에 관련되는 촬상장치등에 있어서는,
(D)촬상소자로부터의 신호에 대하여 소정의 화상처리를 실행하기 위한 화상처리부, 및,
(E)마이크로렌즈 어레이부에 전압을 인가하기 위한 전압공급부를 더 구비하고 있고,
촬상장치에 있어서는, 제1의 촬상 모드 및 제2의 촬상 모드에 의해 촬상이 이루어지고,
제1의 촬상 모드에 의한 촬상시, 전압공급부로부터 마이크로렌즈 어레이부로의 전압의 인가가 행해지고, 또한, 화상처리부에 의한 소정의 화상처리가 정지되고,
제2의 촬상 모드에 의한 촬상시, 전압공급부로부터 마이크로렌즈 어레이부로의 전압의 인가가 정지되고, 또한, 화상처리부에 의한 소정의 화상처리가 행해지는 구성으로 할 수 있다. 한편, 이러한 구성을, 편의상, 제2의 구성이라고 부른다.
이상에 설명한 바람직한 각종의 구성을 포함하는 본 발명의 제1의 형태에 관련되는 촬상장치 등에 있어서는, 촬상 렌즈와 마이크로렌즈 어레이부와의 사이의 거리를 일정하게 유지하면서, 마이크로렌즈 어레이부와 촬상소자와의 사이의 거리를 변화시키는 구동수단을 더욱 구비하고 있는 구성으로 할 수 있다. 한편, 이러한 구성을, 편의상, 제3의 구성이라고 부른다. 그리고, 이 제3의 구성에 있어서는, 구동수단은, 촬상장치의 광축을 따라 촬상소자를 이동시키는 구성으로 할 수 있고, 혹은 또한, 이 제3의 구성에 있어서는, 구동수단은, 촬상장치의 광축을 따라 촬상 렌즈 및 마이크로렌즈 어레이부를 이동시키는 구성으로 할 수 있고, 혹은 또한, 이 제3의 구성에 있어서는,
(D)촬상소자로부터의 신호에 대하여 소정의 화상처리를 실행하기 위한 화상처리부, 및,
(E)마이크로렌즈 어레이부에 전압을 인가하기 위한 전압공급부를 더 구비하고 있고,
촬상 렌즈의 F넘버와 마이크로렌즈 어레이부를 구성하는 마이크로렌즈의 F넘버와의 사이에 부정합이 생겼을 경우, 전압공급부로부터 마이크로렌즈 어레이부에 인가하는 전압을 변화시킬 수 있음과 동시에, 구동수단에 의해 마이크로렌즈 어레이부와 촬상소자와의 사이의 거리를 변화시킬 수 있는 구성으로 할 수 있다.
또는, 이상에 설명한 바람직한 각종의 구성을 포함하는 본 발명의 제1의 형태에 관련되는 촬상장치 등에 있어서는, 마이크로렌즈 어레이부는, 액정 렌즈 어레이로 구성되어 있는 구성으로 할 수 있다. 한편, 이러한 구성을, 편의상, 제4의 구성이라고 부른다. 그리고, 이 제4의 구성에 있어서, 액정 렌즈 어레이는,
(a)제1전극을 갖는 제1기판,
(b)제2전극을 갖는 제2기판, 및,
(c)제1전극과 제2전극과의 사이에 배치된 액정층으로 구성되어 있고,
제1전극 및 제2전극에의 전압의 인가의 유무에 의해, 액정 렌즈 어레이가 렌즈로서 기능하는 구성으로 할 수 있다. 한편, 제1전극 및 제2전극의 안의 적어도 한쪽의 전극은, 마이크로렌즈를 구성하기 위한 곡면을 갖고 있는 것이 바람직하지만, 이것에 한정할만한 것이 아니다.
혹은 또한, 이 제4의 구성에 있어서는, 촬상장치의 광축을 Z축으로 한 3차원 가우스 공간을 상정하고, 액정 렌즈 어레이가 렌즈로서 기능할 때, 각 마이크로렌즈는, Ⅹ축방향 및 Y축방향에 있어서 대략 같은 파워(광학 파워)를 갖고 있는 구성으로 할 수 있다. 한편, 이러한 구성을, 편의상, 제4A의 구성이라고 부른다. 여기에서, Ⅹ축방향 및 Y축방향에 있어서 대략 같은 파워를 갖는다면은, Z축과 직교하는 임의의 축을 상정하고, 관련되는 축과 Z축을 포함하는 가상 평면을 상정했을 때, 최대 파워가 얻어지는 가상 평면에 포함되는 축을 Ⅹ축이라고 하고, Ⅹ축방향에 있어서의 파워를 Px, Y축방향에 있어서의 파워를 PY라고 하면, PY=Px을 만족하는 것을 의미한다. 혹은 또한, 촬상장치의 광축을 Z축으로 한 3차원 가우스 공간을 상정했을 때, 촬상 렌즈와 마이크로렌즈 어레이부와의 사이에는, Ⅹ축방향으로 편광한 광을 출사하는 편광판, 및, 편광방향 가변소자가, 배치되어 있고, 액정 렌즈 어레이가 렌즈로서 기능할 때, 각 마이크로렌즈는, Ⅹ축방향으로는 파워(광학 파워)를 갖지 않고, Y축방향으로는 파워(광학 파워)를 갖는 구성으로 할 수 있다. 한편, 이러한 구성을, 편의상, 제4B의 구성이라고 부른다. 이 제4B의 구성에 있어서는, 액정 렌즈 어레이는, Z축을 중심으로 해서 이방적인 초점거리를 갖는 마이크로렌즈 어레이부를 구성한다. 다시 말해, 액정 렌즈 어레이를 구성하는 각 액정 렌즈는, YZ평면내에 있어서 유한의 초점거리를 갖고, ⅩZ 평면내에 있어서 무한대의 초점거리를 갖는 마이크로렌즈를 구성한다. 혹은 또한, 촬상장치의 광축을 Z축으로 한 3차원 가우스 공간을 상정했을 때, 촬상 렌즈와 마이크로렌즈 어레이부와의 사이에는, Ⅹ축방향으로 편광한 광을 출사하는 편광판, 및, 편광방향 가변소자가, 배치되어 있고, 액정 렌즈 어레이가 렌즈로서 기능할 때, 각 마이크로렌즈는, Y축방향으로는 파워(광학 파워)를 갖지 않고, Ⅹ축방향으로는 파워(광학 파워)를 갖는 구성으로 할 수 있다. 한편, 이러한 구성을, 편의상, 제4C의 구성이라고 부른다. 이 제4C의 구성에 있어도, 액정 렌즈 어레이는, Z축을 중심으로 해서 이방적인 초점거리를 갖는 마이크로렌즈 어레이부를 구성한다. 다시 말해, 액정 렌즈 어레이를 구성하는 각 액정 렌즈는, ⅩZ평면내에 있어서 유한의 초점거리를 갖고, YZ 평면내에 있어서 무한대의 초점거리를 갖는 마이크로렌즈를 구성한다. 파워(광학 파워)란, 렌즈의 굴절력을 가리키고, 일반적으로, 렌즈의 초점거리의 역수로 나타낸다. 또한, Ⅹ축방향으로 파워를 갖는다란, Ⅹ축방향으로 편광한 광에 대하여 렌즈 효과가 미치는 것을 의미하고, Y축방향으로 파워를 갖는다란, Y축방향으로 편광한 광에 대하여 렌즈 효과가 미치는 것을 의미하고, Ⅹ축방향으로 파워를 갖지 않는다란, Ⅹ축방향으로 편광한 광에 대하여 렌즈 효과가 미치지 않는 것을 의미하고, Y축방향으로 파워를 갖지 않는다란, Y축방향으로 편광한 광에 대하여 렌즈 효과가 미치지 않는 것을 의미한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2의 형태에 관련되는 촬상장치는,
(A)촬상 렌즈,
(B)촬상 렌즈를 통과한 광이 입사하는 마이크로렌즈 어레이부, 및,
(C)마이크로렌즈 어레이부로부터 출사된 광을 수광하는 촬상소자를 구비한 촬상장치로서,
촬상장치의 광축을 Z축으로 한 3차원 가우스 공간을 상정했을 때, 촬상 렌즈와 마이크로렌즈 어레이부와의 사이에는, Ⅹ축방향으로 편광한 광을 출사하는 편광판, 및, 편광방향 가변소자가, 더 배치되어 있고,
마이크로렌즈 어레이부는, 액정 렌즈 어레이로 구성되어 있고,
마이크로렌즈 어레이부를 구성하는 각 마이크로렌즈는, Ⅹ축방향으로는 파워를 갖지 않고, Y축방향으로는 파워를 갖고 있고, 혹은 또한, Y축방향으로는 파워를 갖지 않고, Ⅹ축방향으로는 파워를 갖고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2의 형태에 관련되는 촬상장치에 있어서는,
제1의 촬상 모드 및 제2의 촬상 모드에 의해 촬상이 이루어지고,
제1의 촬상 모드에 의한 촬상시, 편광방향 가변소자의 작동에 의해, 마이크로렌즈 어레이부를 구성하는 각 마이크로렌즈의 파워를 갖지 않는 방향으로 편광된 광이 마이크로렌즈를 통과하고, 촬상 렌즈에 의한 상이 촬상소자 위에 결상되고,
제2의 촬상 모드에 의한 촬상시, 편광방향 가변소자의 작동에 의해, 마이크로렌즈 어레이부를 구성하는 각 마이크로렌즈의 파워를 갖는 방향으로 편광된 광이 마이크로렌즈에 입사되고, 촬상 렌즈에 의한 상이 마이크로렌즈 위에 결상되고, 마이크로렌즈 위에 결상된 촬상 렌즈에 의한 상이 마이크로렌즈에 의해 촬상소자에 투영되는 구성으로 할 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2의 형태에 관련되는 촬상방법은, 본 발명의 제2의 형태에 관련되는 촬상장치, 다시 말해,
(A)촬상 렌즈,
(B)촬상 렌즈를 통과한 광이 입사하는 마이크로렌즈 어레이부, 및,
(C)마이크로렌즈 어레이부로부터 출사된 광을 수광하는 촬상소자를 구비한 촬상장치이고,
촬상장치의 광축을 Z축으로 한 3차원 가우스 공간을 상정했을 때, 촬상 렌즈와 마이크로렌즈 어레이부와의 사이에는, Ⅹ축방향으로 편광한 광을 출사하는 편광판, 및, 편광방향 가변소자가, 더욱 배치되어 있고,
마이크로렌즈 어레이부는 액정 렌즈 어레이로 구성되어 있고,
마이크로렌즈 어레이부를 구성하는 각 마이크로렌즈는, Ⅹ축방향으로는 파워를 갖지 않고, Y축방향으로는 파워를 갖고 있고, 혹은 또한, Y축방향으로는 파워를 갖지 않고, Ⅹ축방향으로는 파워를 갖고 있는 촬상장치를 사용한 촬상방법으로서,
제1의 촬상 모드 및 제2의 촬상 모드에 의해 촬상되고,
제1의 촬상 모드에 의한 촬상시, 편광방향 가변소자의 작동에 의해, 마이크로렌즈 어레이부를 구성하는 각 마이크로렌즈의 파워를 갖지 않는 방향으로 편광한 광을 마이크로렌즈를 통과시켜, 촬상 렌즈에 의한 상을 촬상소자 위에 결상시키고,
제2의 촬상 모드에 의한 촬상시, 편광방향 가변소자의 작동에 의해, 마이크로렌즈 어레이부를 구성하는 각 마이크로렌즈의 파워를 갖는 방향으로 편광된 광을 마이크로렌즈에 입사시키고, 촬상 렌즈에 의한 상을 마이크로렌즈 위에 결상시키고, 마이크로렌즈 위에 결상된 촬상 렌즈에 의한 상을 마이크로렌즈에 의해 촬상소자에 투영하는 것을 특징으로 한다.
상기의 바람직한 구성을 포함하는 본 발명의 제2의 형태에 관련되는 촬상장치 혹은 촬상방법에 있어서 사용되는 촬상장치(이하, 이것들을 총칭하여, 『본 발명의 제2의 형태에 관련되는 촬상장치 등』이라고 부른다)에 있어서는,
(D)촬상소자로부터의 신호에 대하여 소정의 화상처리를 실행하기 위한 화상처리부를 더욱 구비하고 있고,
촬상장치에 있어서는, 제1의 촬상 모드 및 제2의 촬상 모드에 의해 촬상이 이루어지고,
제1의 촬상 모드에 의한 촬상시, 화상처리부에 의한 소정의 화상처리가 정지되고,
제2의 촬상 모드에 의한 촬상시, 화상처리부에 의한 소정의 화상처리가 행해지는 구성으로 할 수 있다.
이상으로 설명한 바람직한 각종의 구성을 포함하는 본 발명의 제2의 형태에 관련되는 촬상장치 등에 있어서는, 촬상 렌즈와 마이크로렌즈 어레이부와의 사이의 거리를 일정하게 유지하면서, 마이크로렌즈 어레이부와 촬상소자와의 사이의 거리를 변화시키는 구동수단을 더욱 구비하고 있는 구성으로 할 수 있다. 그리고, 이 구성에 있어서는, 구동수단은, 촬상장치의 광축을 따라 촬상소자를 이동시키는 구성으로 할 수 있고, 혹은 또한, 이 구성에 있어서는, 구동수단은, 촬상장치의 광축을 따라 촬상 렌즈 및 마이크로렌즈 어레이부를 이동시키는 구성으로 할 수 있고, 혹은 또한, 이 구성에 있어서는,
(D)촬상소자로부터의 신호에 대하여 소정의 화상처리를 실행하기 위한 화상처리부를 더욱 구비하고 있고,
촬상 렌즈의 F넘버와 마이크로렌즈 어레이부를 구성하는 마이크로렌즈의 F넘버와의 사이에 부정합이 생겼을 경우, 마이크로렌즈 어레이부를 구성하는 각 마이크로렌즈의 파워를 변화시킬 수 있음과 동시에, 구동수단에 의해 마이크로렌즈 어레이부와 촬상소자와의 사이의 거리를 변화시킬 수 있는 구성으로 할 수 있다.
이상으로 설명한 바람직한 각종의 구성을 포함하는 본 발명의 제2의 형태에 관련되는 촬상장치 등에 있어서는, 편광방향 가변소자는, 액정소자로 구성되어 있는 구성으로 할 수 있다. 구체적으로는, 편광방향 가변소자를 구성하는 액정소자는,
(a’)한 쌍의 기판,
(b’)한 쌍의 기판의 각각에 설치된 전극, 및,
(c’)한 쌍의 기판의 각각에 설치된 전극의 사이에 배치된 액정층으로 구성되어 있는 구조로 할 수 있다. 여기에서, 한 쌍의 기판 근방에 있어서의 액정 분자의 배향방향은 Ⅹ축방향과 평행하고, 다른 쪽의 기판 근방에 있어서의 액정 분자의 배향방향은 Y축방향과 평행하다. 또한, 한 쌍의 전극의 각각은, 1장의 전극으로 구성할 수 있다. 여기에서, 편광방향 가변소자에 있어서의 액정층을 구성하는 액정 재료로서, 일반적인 트위스트 네마틱 효과(TN효과)를 갖는 액정 재료를 예로 들 수 있다. 또한, 편광판(편광 필름 혹은 편광 시트를 포함한다)은, 주지의 구성, 구조를 갖는 편광판으로 하면 좋다.
또한, 이상으로 설명한 바람직한 각종의 구성을 포함하는 본 발명의 제2의 형태에 관련되는 촬상장치 등에 있어서는, 액정 렌즈 어레이는,
(a)제1전극을 갖는 제1기판,
(b)제2전극을 갖는 제2기판, 및,
(c)제1전극과 제2전극과의 사이에 배치된 액정층으로 구성되어 있고,
제1전극 및 제2전극에의 전압의 인가의 유무에 의해, 액정 렌즈 어레이가 렌즈로서 기능하는 구성으로 할 수 있지만, 이것에 한정할만한 것이 아니다. 한편, 제1전극 및 제2전극 중의 적어도 한쪽의 전극은, 마이크로렌즈를 구성하기 위한 곡면을 갖고 있는 것이 바람직하지만, 이것에 한정할만한 것이 아니다.
본 발명의 제2의 형태에 관련되는 촬상장치 등에 있어서는, 촬상 렌즈와 마이크로렌즈 어레이부와의 사이에 편광판 및 편광방향 가변소자가 배치되어 있지만, 촬상 렌즈측으로부터, 편광판, 및, 편광방향 가변소자의 순으로 배치되어 있어도 되고, 편광방향 가변소자, 및, 편광판의 순으로 배치되어 있어도 된다.
본 발명의 제1의 형태 혹은 제2의 형태에 관련되는 촬상장치 등(이하, 이것들을 총칭하여, 간단히, 본 발명의 촬상장치 등이라고 부른다)에 있어서의 촬상 렌즈로서, 비디오카메라나 스틸 카메라 등에서 사용되는 일반적인 촬상 렌즈를 들 수 있다. 또한, 촬상소자(촬상수단)로서, 2차원 매트릭스 모양으로 배열된 복수의 CCD(Charge Coupled Device;전하결합소자)나 CMOS센서(이하, 편의상, 이것들을, 촬상소자를 구성하는 촬상 센서라고 부른다)를 들 수 있다. 마이크로렌즈 어레이부는, 복수의 마이크로렌즈가 2차원 매트릭스 모양으로 배열되어 이루어지지만, 마이크로렌즈의 수를 P×Q, 복수의 CCD나 CMOS센서의 수를 M×N이라고 했을 때, 예를 들면 한정할만한 것이 아니지만, P=12M, Q=12N을 예시할 수 있다. 마이크로렌즈의 유한의 초점거리란, 구체적으로는, 마이크로렌즈의 초점면에 촬상소자의 촬상면이 위치하는 값으로 하면 좋다. 1개의 마이크로렌즈로부터 출사한 광은, 관련되는 마이크로렌즈에 인접한 마이크로렌즈에 대응하는 촬상 센서에는 입사하지 않는 구조로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 촬상장치 등에 있어서, 구동수단으로서, 예를 들면 전기신호를 기계적 동작으로 변환시키는 소자, 구체적으로는, 피에조 소자, 압전 액추에이터, 바이메탈을 들 수 있다.
본 발명의 촬상장치 등에 있어서, 마이크로렌즈 어레이부를 액정 렌즈 어레이로 구성할 경우, 액정 재료로서, 네마틱 액정, 콜레스테릭 액정, 카이랄 네마틱 액정을 예시할 수 있다.
본 발명의 촬상장치 등에 있어서는, 마이크로렌즈를 비구면렌즈로 할 수 있지만, 이것에 한정할 만한 것이 아니고, 그 외, 예를 들면 존플레이트, 홀로그래픽 렌즈, 키노폼렌즈, 바이너리 광학소자로 예시되는 회절 렌즈로 할 수도 있다.
본 발명의 제1의 형태에 관련되는 촬상장치 혹은 촬상방법에 의하면, 인가전압에 따라 초점거리가 가변의 마이크로렌즈 어레이부를 구비하고 있기 때문에, 마이크로렌즈 어레이부에의 입사광을 그대로의 방향을 따라 촬상소자로 결상시키는 제1의 촬상 모드와, 입사광을 마이크로렌즈 위에 결상시킨 후, 촬상소자로 투영시키는 제2의 촬상 모드와의 사이에서의 촬상 모드의 교체를 용이하게 행할 수 있다. 또한, 이것들의 2개의 촬상 모드간에 같은 촬상광학계를 사용하므로, 촬상장치의 구성, 구조가 복잡해지는 경우도 없다.
또한, 본 발명의 제2의 형태에 관련되는 촬상장치 혹은 촬상방법에 의하면, 촬상 렌즈와 마이크로렌즈 어레이부와의 사이에 편광판 및 편광방향 가변소자가 배치되어 있으므로, 마이크로렌즈 어레이부에의 입사광을 그대로의 방향을 따라 촬상소자로 결상시키는 제1의 촬상 모드와, 입사광을 마이크로렌즈 위에 결상시킨 후, 촬상소자로 투영시키는 제2의 촬상 모드와의 사이에서의 촬상 모드의 교체를, 편광방향 가변소자의 작동에 의해, 용이하게 행할 수 있다. 또한, 이것들의 2개의 촬상 모드간에 같은 촬상광학계를 사용하므로, 촬상장치의 구성, 구조가 복잡해지는 경우도 없다.
마이크로렌즈 어레이부를 액정 렌즈 어레이로 구성할 때, 사용하는 액정 재료에도 따르지만, 액정 렌즈의 굴절율이 입사광의 편광방향으로 크게 의존하는 경우가 있다. 무편광(랜덤 편광)인 자연광을 대상으로 한 촬상용도에 있어서는, 원하는 굴절력을 실현하기 위한 액정 재료로서 이러한 액정 재료를 사용하면, 액정 렌즈 어레이 단체에서는, 색분산이 발생하고, 그 결과, 큰 축상 색수차나 배율 색수차가 발생할 우려가 있다. 그래서, 이러한 현상의 발생을 회피하기 위해서는, 예를 들면 광원으로서, 자연광을 사용하는 것이 아니고, 단색광을 사용하고, 게다가, 본 발명의 제1의 형태에 관련되는 촬상장치등에 있어서의 제4B의 구성 혹은 제4C의 구성, 또는, 본 발명의 제2의 형태에 관련되는 촬상장치 등을 사용하면 좋다. 단, 이것들의 촬상장치등에 있어서의 광원은, 단색광에 한정되는 것이 아니고, 사용하는 액정 재료에 따라서는 자연광을 사용할 수도 있다.
(도면의 간단한 설명)
도1은, 제1의 실시예의 촬상장치의 개념도다.
도2의 a는, 제1의 실시예의 촬상장치를 구성하는 마이크로렌즈 어레이부를 확대한 모식적인 일부 단면도이며, 도2의 b는, 제3의 실시예의 촬상장치를 구성하는 편광방향 가변소자를 확대한 모식적인 일부 단면도다.
도3의 a 및 b는, 각각, 마이크로렌즈 어레이부의 렌즈 효과를 설명하기 위한, 마이크로렌즈 어레이부를 확대한 모식적인 일부 단면도다.
도4의 a는, 제2의 촬상 모드시의 소정의 화상처리를 설명하기 위한 촬상 렌즈 등의 개념도이며, 도4의 b는, 제2의 촬상 모드시의 소정의 화상처리를 설명하기 위한 도면이다.
도5는, 제2의 실시예의 촬상장치의 개념도다.
도6은, 촬상 렌즈의 조리개 값을 변경할 때의 촬상광학계의 최적화처리의 일례를 나타내는 플로차트다.
도7의 a∼d는, 도6에 나타낸 촬상 렌즈의 조리개 값을 변경할 때의 촬상광학계의 최적화처리에 있어서의 광로의 일례를 설명하기 위한 촬상 렌즈 등의 모식적인 모식도다.
도8은, 촬상 렌즈의 조리개 값을 변경할 때의 촬상광학계의 최적화처리의 변형 예를 설명하기 위한 촬상 렌즈 등의 모식적인 모식도다.
도9는, 제3의 실시예의 촬상장치의 개념도다.
도10의 a 및 b는, 제3의 실시예의 촬상장치에 있어서, 마이크로렌즈를 통과한 광이, 촬상소자에 있어서 결상하는 상태, 촬상소자에 있어서 투영되는 상태를 모식적으로 도시한 도면이다.
도11의 a 및 b는, 제3의 실시예의 촬상장치에 있어서, 마이크로렌즈를 통과한 광이, 촬상소자에 있어서 결상하는 상태의 변형 예, 촬상소자에 있어서 투영되는 상태의 변형 예를 모식적으로 도시한 도면이다.
도12는, 제4의 실시예의 촬상장치의 개념도다.
(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)
이하, 도면을 참조하여, 실시예에 근거해 본 발명을 설명한다.
[제1의 실시예]
제1의 실시예는, 본 발명의 제1의 형태에 관련되는 촬상장치 및 촬상방법에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 제1의 실시예의 촬상장치는, 제1의 구성, 및, 제4A의 구성을 갖는다. 제1의 실시예의 촬상장치(1)의 개념도를 도1에 나타낸다.
제1의 실시예의 촬상장치(1)는, 촬상대상물을 촬상해서 촬상 데이터Dout을 출력하는 장치이며,
(A)촬상 렌즈(11),
(B)촬상 렌즈(11)를 통과한 광이 입사하는 마이크로렌즈 어레이부(12), 및,
(C)마이크로렌즈 어레이부(12)로부터 출사된 광을 수광하는 촬상소자(촬상수단)(13)를 구비하고 있다. 그리고, 마이크로렌즈 어레이부(12)를 구성하는 각 마이크로렌즈12-1은, 인가되는 전압에 따라 초점거리가 가변이다.
여기에서, 제1의 실시예의 촬상장치(1)에 있어서는,
제1의 촬상 모드 및 제2의 촬상 모드에 의해 촬상이 이루어지고,
제1의 촬상 모드에 의한 촬상시, 마이크로렌즈 어레이부(12)를 구성하는 각 마이크로렌즈12-1의 초점거리가 무한대로 됨으로써, 촬상 렌즈(11)에 의한 상이 촬상소자(13) 위에 결상되고(도1에 있어서는, 점선의 광선으로 나타낸다),
제2의 촬상 모드에 의한 촬상시, 촬상 렌즈(11)에 의한 상이 마이크로렌즈12-1 위에 결상되고, 각 마이크로렌즈12-1의 초점거리가 유한의 값으로 됨으로써, 마이크로렌즈12-1 위에 결상된 촬상 렌즈(11)에 의한 상이 촬상소자(13) 위에 투영된다(도1에 있어서는, 실선의 광선으로 나타낸다).
또한, 제1의 실시예의 촬상장치(1)는, 또한,
(D)촬상소자(13)로부터의 신호에 대하여 소정의 화상처리를 실행하기 위한 화상처리부(14), 및,
(E)마이크로렌즈 어레이부(12)에 전압을 인가하기 위한 전압공급부(촬상 모드 전환부에도 해당한다)(15)를 구비하고,
(F)화상처리부(14) 및 전압공급부(15)를 제어하는 제어부(17)를 더욱 구비하고 있다.
그리고, 촬상장치(1)에 있어서는, 제1의 촬상 모드 및 제2의 촬상 모드에 의해 촬상이 이루어지고, 제1의 촬상 모드에 의한 촬상시, 전압공급부(15)로부터 마이크로렌즈 어레이부(12)에의 전압의 인가가 정지되고, 또한, 화상처리부(14)에 의한 소정의 화상처리가 정지되고, 제2의 촬상 모드에 의한 촬상시, 전압공급부(15)로부터 마이크로렌즈 어레이부(12)에의 전압의 인가가 행해지고, 또한, 화상처리부(14)에 의한 소정의 화상처리가 행해진다.
제1의 실시예, 또는, 후술하는 제2의 실시예∼제4의 실시예에 있어서, 촬상 렌즈(11)는, 촬상대상물을 촬상하기 위한 메인 렌즈이며, 예를 들면 비디오카메라나 스틸 카메라 등에서 사용되는 일반적인 촬상 렌즈로 구성되어 있다. 또한, 마이크로렌즈 어레이부(12)는, 복수(제1의 실시예에 있어서는, P×Q=325×230개)의 마이크로렌즈12-1이 2차원 매트릭스 모양으로 배열되어서 이루어지고, 촬상 렌즈(11)의 합초점 상태에도 따르지만, 촬상 렌즈(11)의 초점면에 배치되어 있다. 한편, 도면 중의 부호f1는, 촬상 렌즈(11)의 중심으로부터 마이크로렌즈 어레이부(12)의 결상면까지의 거리를 의미한다. 여기에서, 마이크로렌즈 어레이부(12)는, 액정 렌즈 어레이로 구성되어 있다. 촬상소자(13)는, 예를 들면 2차원 매트릭스 모양으로 배열된 복수의 CCD(제1의 실시예에 있어서는, 화소수 M×N=4032×2688개)로 구성되어 있다. 촬상소자(13)에 있어서는, 마이크로렌즈 어레이부(12)로부터 출사된 광을 수광하고, 촬상신호가 생성된다. 촬상소자(13)는, 마이크로렌즈 어레이부(12)의 초점면에 배치되어 있다. 한편, 도면 중의 부호f2는, 마이크로렌즈 어레이부(12)의 중심으로부터 촬상소자(13)의 촬상면까지의 거리(마이크로렌즈12-1의 초점거리)를 의미하고, 예를 들면 f2=0.432mm이다. 촬상소자 구동수단(16)에 의해, 촬상소자(13)이 구동되어, 촬상소자(13)의 수광동작의 제어가 행해진다.제어부(17)은, 화상처리부(14), 전압공급부(15) 및 촬상소자 구동수단(16)의 동작을 제어한다. 구체적으로는, 촬상소자 구동수단(16)의 구동동작을 적절히 제어함과 동시에, 제1의 촬상 모드 및 제2의 촬상 모드의 2개의 촬상 모드에 따라, 화상처리부(14) 및 전압공급부(15)의 동작을 제어한다. 제어부(17)는, 마이크로컴퓨터로 구성되어 있다.
제1의 실시예, 또는, 후술하는 제2의 실시예∼제4의 실시예에 있어서, 전압공급부(15)에 의해, 마이크로렌즈 어레이부(12)에 전압이 인가된다. 그리고, 제1의 실시예, 또는, 후술하는 제2의 실시예∼제3의 실시예에 있어서는, 마이크로렌즈 어레이부(12)에의 전압의 인가상태에 따라, 2개의 촬상 모드, 다시 말해, 일반적인 고해상도에서의 촬상 모드인 제1의 촬상 모드, 및, 라이트·휠드·포토그래피 기술에 근거하는 촬상 모드인 제2의 촬상 모드의 사이의 교체가 행해진다.
제1의 실시예, 또는, 후술하는 제2의 실시예∼제4의 실시예에 있어서, 제2의 촬상 모드에 있어서는, 화상처리부(14)에 있어서 소정의 화상처리가 실행된다. 화상처리부(14)는, 제2의 촬상 모드에 있어서, 촬상소자(13)에서 얻어진 신호(촬상신호)에 대하여 소정의 화상처리를 실행하고, 촬상 데이터Dout로서 출력한다. 구체적으로는, 라이트·휠드·포토그래피 기술에 근거하는 리포커스(Refocusing)연산 처리가 행해진다. 그리고, 이것에 의해, 임의의 시점이나 방향으로부터의 관찰 화상을 재구축할 수 있고, 화상의 3차원정보를 취득할 수 있다. 한편, 리포커스 연산 처리에 관해서는 후술한다.
제1의 실시예, 또는, 후술하는 제2의 실시예에 있어서의 마이크로렌즈 어레이부(12)의 모식적인 일부 단면도를 도2의 a에 나타낸다. 마이크로렌즈 어레이부(12)는, 액정 렌즈 어레이로 구성되어 있고, 액정 렌즈 어레이는,
(a)제1전극(22)을 갖는 제1기판(21),
(b)제2전극(24)을 갖는 제2기판(25), 및,
(c)제1전극과 제2전극과의 사이에 배치된 액정층(23)으로 구성되어 있다. 그리고, 제1전극(22) 및 제2전극(24)에의 전압의 인가의 유무에 의해, 액정 렌즈 어레이가 렌즈로서 기능한다. 여기에서, 제1전극(21) 및 제2전극(24) 중의 적어도 한쪽의 전극(제1의 실시예에 있어서는 제1전극(22))은, 마이크로렌즈12-1을 구성하기 위한 곡면을 갖고 있다. 한편, 제1전극(22), 제2전극(24)에는, 전압공급부(15)로부터 전압이 인가된다. 또한, 제1전극(22), 제2전극(24)은 공통 전극(공통 전극)이며, 각각이 1장의 전극으로 구성되어 있다. 제1의 실시예에 있어서는, 촬상장치(1)의 광축을 Z축으로 한 3차원 가우스 공간을 상정하고, 액정 렌즈 어레이가 렌즈로서 기능할 때, 각 마이크로렌즈12-1은, Ⅹ축방향 및 Y축방향에 있어서 대략 같은 파워(광학 파워)를 갖고 있다. 구체적으로는, Z축과 직교하는 임의의 축을 상정하고, 관련되는 축과 Z축을 포함하는 가상 평면을 상정했을 때, 최대 파워가 얻어지는 가상 평면에 포함되는 축을 Ⅹ축으로 하고, Ⅹ축방향에 있어서의 파워를 PX, Y축방향에 있어서의 파워를 PY라고 한다면, 예를 들면 PY=PX이다. 다시 말해, 이러한 구성에 있어서는, 액정 렌즈 어레이는, Z축을 중심으로 해서 등방적인 초점거리를 갖는 마이크로렌즈 어레이부를 구성한다. 한편, 이러한 액정 렌즈 어레이로서, 한정할만한 것이 아니지만, 예를 들면 일본국 공개특허공보 특개2006-18325이나 일본국 공개특허공보 특개2006-189434에 개시된 광학특성 가변 광학소자를 사용하면 좋다.
여기에서, 제1기판(21) 및 제2기판(25)은, 각각, 입사광을 투과하는 유리 기판이라고 한 투명기판으로 구성되어 있다. 또한, 제1전극(22) 및 제2전극(24)은, 각각, 예를 들면 ITO(Indium Tin Oxide;산화인듐 주석)등의 투명전극으로 구성되어 있고, 제1기판(21) 및 제2기판(25)과 마찬가지로, 입사광을 투과한다. 제1전극(22) 및 제2전극(24)의 표면S1,S2 중, 전극(22)측의 표면S1에는, 상술한 바와 같이, 오목형의 복수의 곡면이 2차원 매트릭스 모양으로 형성되어 있다. 액정층(23)은, 무편광·등방성 굴절율 액정, 예를 들면 네마틱 액정으로 구성되어 있고, 제1전극(22), 제2전극(24) 사이에 인가되는 전압에 따라, 액정층(23)에 있어서의 액정 분자의 배열 상태가 변함으로써, 굴절율이 변화한다. 또한, 이러한 액정 렌즈 어레이의 기본적인 구성, 구조는, 후술하는 제2의 실시예∼제4의 실시예에 있어서의 액정 렌즈 어레이로 구성된 마이크로렌즈 어레이부에 있어도 마찬가지로 할 수 있다.
또한, 제1의 실시예의 촬상장치(1)와 같이, 여러가지 파장영역의 광을 포함한 자연광을 촬상에 이용할 경우에는, 제1전극(22)측의 표면S1를 비구면으로 하고, 마이크로렌즈12-1을 비구면렌즈로 하는 것이 바람직하다. 구면 렌즈로 구성했을 경우와 비교하여, 곡률을 작게 할 수 있는 결과, 광학설계가 용이해진다. 또한, 마이크로렌즈12-1을 회절 렌즈로 구성했을 경우와 비교하면, 입사광을 굴절시킬 때의 파장 의존성이 없어지기 때문에, 축상 색수차 등의 발생을 회피할 수 있고, 여러가지 파장영역의 광을 포함한 자연광에 의한 촬상에 알맞은 구성으로 할 수 있다. 한편, 단색광을 사용한 이미징 용도 등의 경우에는, 파장 의존성이나 축상 색수차의 문제가 없기 때문에, 마이크로렌즈12-1을 회절 렌즈로 구성한 쪽이, 비구면렌즈로 구성했을 경우와 비교하여, 뛰어난 광학특성을 얻을 수 있는 경우가 있다.
도1, 도3의 a 및 b, 도4의 a 및 b를 참조하여, 제1의 실시예의 촬상장치(1)의 동작에 대해서 상세하게 설명한다. 여기에서, 도3의 a 및 b는, 마이크로렌즈 어레이부(12)의 렌즈 효과를 설명하기 위한 모식적인 일부 단면도이며, 도3의 a에는, 마이크로렌즈 어레이부(12)에 대하여 전압을 인가하지 않고 있는 경우(제1의 촬상 모드)를 나타내고, 도3의 b에는, 마이크로렌즈 어레이부(12)에 전압을 인가하고 있는 경우(제2의 촬상 모드)를 나타낸다.
제1의 실시예의 촬상장치(1)에 있어서는, 제2의 촬상 모드시, 촬상 렌즈(11)에 의한 촬상대상물의 상은, 마이크로렌즈12-1 위에 결상한다. 그리고, 마이크로렌즈12-1로부터 출사된 광은, 촬상소자(13)에 도달하고, 투영되어, 촬상소자 구동수단(16)의 제어하, 촬상소자(13)로부터 촬상신호가 얻어진다. 다시 말해, 전압공급부(15)로부터 제1전극(22), 제2전극(24)에 전압이 인가되는 제2의 촬상 모드에 있어서는, 액정층(23)의 굴절율이 변화되기 때문에, 도3의 b에 나타나 있는 바와 같이, 마이크로렌즈12-1에 입사한 입사광L11은, 마이크로렌즈12-1에서 굴절되어, 광축L0상의 초점인 화소PL11에 집광된다. 이렇게, 제2의 촬상 모드에 의한 촬상시, 마이크로렌즈 어레이부(12)에의 전압의 인가를 행하고, 마이크로렌즈 어레이부(12)를 구성하는 각 마이크로렌즈12-1의 초점거리를 유한의 값으로 함으로써(구체적으로는, 마이크로렌즈12-1의 초점거리를, 마이크로렌즈 어레이부(12)의 결상면에서 촬상소자(13)의 촬상면까지의 거리로 함으로써), 마이크로렌즈12-1 위에 결상된 촬상 렌즈(11)에 의한 상을, 촬상소자(13) 위에 투영(집광, 수속)시킬 수 있다.
한편, 제1의 촬상 모드시, 마이크로렌즈 어레이부(12)를 구성하는 각 마이크로렌즈12-1의 초점거리는 무한대로 되고, 촬상 렌즈(11)에 의한 촬상대상물의 상은, 마이크로렌즈12-1에 의해 아무런 영향을 받지 않고, 촬상소자(13) 위에 결상한다. 그리고, 촬상소자 구동수단(16)의 제어하, 촬상소자(13)로부터 촬상신호가 얻어진다. 다시 말해, 전압공급부(15)로부터 제1전극(22), 제2전극(24)에 전압이 인가되지 않는 제1의 촬상 모드에 있어서는, 액정층(23)의 굴절율은 변화되지 않기 때문에, 도3의 a에 나타나 있는 바와 같이 마이크로렌즈 어레이부(12)에 입사한 광은, 마이크로렌즈12-1에 있어서 굴절되지 않는다. 마이크로렌즈 어레이부(12)의 초점거리는 무한대로 하고, 촬상소자(13)를 향해서 그대로 진행한다. 이렇게, 제1의 촬상 모드에 의한 촬상시, 마이크로렌즈 어레이부(12)에의 전압의 인가를 정지하고, 마이크로렌즈 어레이부(12)를 구성하는 각 마이크로렌즈12-1의 초점거리를 무한대로 함으로써, 촬상 렌즈(11)에 의한 상을 촬상소자(13) 위에 결상시킬 수 있다.
이와 같이, 일반적인 고해상도의 촬상 모드(제1의 촬상 모드)에 있어서는, 제어부(17)의 제어하, 전압공급부(15)에 의한 마이크로렌즈 어레이부(12)에의 전압의 인가가 정지되는 결과, 마이크로렌즈 어레이부(12)를 구성하는 각 마이크로렌즈12-1의 초점거리가 무한대가 되고, 마이크로렌즈 어레이부(12)에의 입사광이 그대로 진행하고, 촬상 렌즈(11)에 의한 상을 촬상소자(13) 위에 결상시킨다. 다시 말해, 촬상 렌즈(11)에 의한 상이 그대로 촬상소자(13)에 도달하고, 일반적인 고해상도의 촬상 데이터가 얻어진다. 한편, 라이트·휠드·포토그래피 기술에 근거하는 촬상 모드(제2의 촬상 모드)에 있어서는, 촬상 렌즈(11)에 의한 상을 마이크로렌즈12-1 위에 결상시킨다. 그리고, 제어부(17)의 제어하, 전압공급부(15)에 의한 마이크로렌즈 어레이부(12)에 전압이 인가되는 결과, 마이크로렌즈12-1로부터의 출사 광이 촬상소자(13) 위에 집광된다. 다시 말해, 마이크로렌즈 어레이부(12)를 구성하는 각 마이크로렌즈12-1의 초점거리를 유한의 값으로 함으로써, 촬상 렌즈(11)에 의한 상을 촬상소자(13) 위에 투영시킬 수 있다. 구체적으로는, 도3의 b에 나타나 있는 바와 같이, 마이크로렌즈 어레이부(12)에의 입사광L11(실선으로 나타낸다)은, 촬상소자(13)상의 점(화소)PL11에 투영되고, 마이크로렌즈 어레이부(12)에의 입사광L12(점선으로 나타낸다)은, 촬상소자(13)상의 점(화소)PL12에 투영되고, 마이크로렌즈 어레이부(12)에의 입사광L13(일점쇄선으로 나타낸다)은, 촬상소자(13)상의 점(화소)PL13에 투영된다. 다시 말해, 마이크로렌즈 어레이부(12)에의 입사광의 입사방향이 다르면, 촬상소자(13) 위의 다른 점(다른 화소) 위에 투영(집광)된다.
촬상소자(13)에서 얻어진 촬상신호는, 화상처리부(14)에 송출된다. 그리고, 화상처리부(14)에서는, 제어부(17)의 제어하, 이 촬상신호에 대하여 소정의 화상처리가 실행되고, 촬상 데이터Dout로서 출력된다. 구체적으로는, 제1의 촬상 모드에 있어서는, 제어부(17)의 제어하, 화상처리부(14)에 의한 소정의 화상처리를 정지시키는 결과, 입력한 촬상신호가 그대로 촬상 데이터Dout로서 출력된다. 한편, 제2의 촬상 모드에 있어서는, 제어부(17)의 제어하, 화상처리부(14)에 의한 소정의 화상처리(리포커스 연산 처리)가 이루어진 결과, 입력한 촬상신호에 대하여 소정의 화상처리가 실행되어, 촬상 데이터Dout로서 출력된다.
여기에서, 도4의 a 및 b를 참조하여, 화상처리부(14)에 있어서의 소정의 화상처리인 리포커스 연산 처리에 대해서 상세하게 설명한다. 한편, 이 리포커스 연산 처리는, 후술하는 제2의 실시예∼제4의 실시예에 대하여도 마찬가지로 적용된다.
도4의 a에 나타나 있는 바와 같이, 촬상 렌즈(11)의 촬상 렌즈면11A 상에 있어서 직교좌표계(u, v)를 상정하고, 촬상소자(13)의 촬상면13A 상에 있어서 직교좌표계(x, y)를 상정한다. 촬상 렌즈(11)의 촬상 렌즈면과 촬상소자(13)의 촬상면과의 사이의 거리를 f로 하면, 도4의 a에 나타나 있는 바와 같은 촬상 렌즈(11) 및 촬상소자(13)를 지나는 광선L14은, 4차원함수LF(x, y, u, v)로 나타낼 수 있다. 따라서, 광선L14의 위치 정보에 더해, 광선L14의 진행 방향의 정보를 얻을 수 있다. 그리고, 이 경우, 도4의 b에 나타나 있는 바와 같이, 촬상 렌즈면11A, 촬상면13A 및 리포커스면(촬상 렌즈(11)에 의한 상이 결상되는 마이크로렌즈 어레이부(12)의 결상면)12A사이의 위치 관계를 설정했을 경우, 다시 말해, f’= α·f가 되도록 리포커스면12A를 설정했을 경우, 리포커스면12A상의 좌표(s, t)의 촬상면13A상에 있어서의 검출 광강도LF'(s, t, u, v)은, 이하의 식(1)로 나타낼 수 있다. 또한, 리포커스면12A에서 얻어진 이미지EF'(s, t)은, 검출 광강도LF'(s, t, u, v)을 렌즈 구경에 관해서 적분한 것이므로, 이하의 식(2)로 표현할 수 있다. 따라서, 식(2)에 근거해 리포커스 연산을 행함으로써, 라이트·휠드·포토그래피 기술에 근거하는 촬상 데이터Dout에 의해, 임의의 시점이나 방향으로부터의 관찰 화상을 재구축할 수 있고, 화상의 3차원 정보를 취득할 수 있다.
이와 같이, 제1의 실시예에 있어서는, 마이크로렌즈 어레이부(12)를 액정 렌즈 어레이로 구성했으므로, 액정층(23)에 대한 전압의 인가의 유무에 따라 액정층(23)의 굴절율을 변화시키고, 입사광의 굴절 방향(초점위치)을 변화시킬 수 있다. 다시 말해, 전압공급부(15)로부터 마이크로렌즈 어레이부(12)에 전압이 인가되면, 마이크로렌즈 어레이부(12)를 구성하는 마이크로렌즈12-1에의 입사광이 굴절되어, 촬상소자(13) 위에 투영된다. 한편, 마이크로렌즈 어레이부(12)에 전압이 인가되지 않고 있는 상태에서는, 입사광은 굴절되지 않고, 그대로의 상태에서 촬상소자(13)로 결상된다. 따라서, 입사광이 촬상소자(13) 위에 투영되어서 얻어진 촬상신호에 소정의 화상처리를 실행하는 제2의 촬상 모드와, 입사광을 그대로의 방향을 따라 촬상소자(13)로 결상시켜서 촬상신호를 얻는 제1의 촬상 모드와의 사이에서, 촬상 모드의 교체가 가능해진다. 또한, 제1의 촬상 모드 및 제2의 촬상 모드에 있어서, 같은 촬상광학계(촬상 렌즈(11), 마이크로렌즈 어레이부(12) 및 촬상소자(13))를 사용하고 있으므로, 장치구성이 복잡해지는 일은 없다. 게다가, 전기적으로 촬상 모드를 바꾸므로, 기계적으로 바꾸는 경우와 비교하여, 교체 동작시의 신뢰성이 향상한다.
또는, 마이크로렌즈12-1을 비구면렌즈로 구성하면, 구면 렌즈로 구성했을 경우와 비교하여, 곡률을 작게 할 수 있으므로, 광학설계를 용이하게 하는 것이 가능해진다. 또한, 회절 렌즈로 구성했을 경우와 비교하면, 입사광을 굴절시킬 때의 파장 의존성을 없앨 수 있고, 축상 색수차 등의 발생을 회피할 수 있다. 그 때문에, 여러가지 파장영역의 광을 포함한 자연광을 이용하는 촬상장치로서 최적의 구성으로 하는 것이 가능해진다.
또한, 이상으로 설명한 제1의 실시예에 있어서는, 경우에 따라서는, 제1의 촬상 모드에 의한 촬상시, 및, 제2의 촬상 모드에 의한 촬상시의 전압공급부(15)로부터 마이크로렌즈 어레이부(12)에의 전압의 인가의 상태를 반대로 한 제2의 구성으로 할 수도 있다. 다시 말해,
(D)촬상소자(13)로부터의 신호에 대하여 소정의 화상처리를 실행하기 위한 화상처리부(14), 및,
(E)마이크로렌즈 어레이부(12)에 전압을 인가하기 위한 전압공급부(15)를 더 구비하고 있고,
촬상장치에 있어서는, 제1의 촬상 모드(통상 촬상 모드) 및 제2의 촬상 모드(라이트·휠드·포토그래피 기술에 근거하는 촬상 모드)에 의해 촬상이 이루어지고,
제1의 촬상 모드에 의한 촬상시, 전압공급부(15)로부터 마이크로렌즈 어레이부(12)에의 전압의 인가가 행해지고, 또한, 화상처리부(14)에 의한 소정의 화상처리가 정지되고,
제2의 촬상 모드에 의한 촬상시, 전압공급부(15)로부터 마이크로렌즈 어레이부(12)에의 전압의 인가가 정지되고, 또한, 화상처리부(14)에 의한 소정의 화상처리가 이루어진 구성으로 할 수도 있다. 한편, 후술하는 제2의 실시예∼제3의 실시예에 있어서도 마찬가지로 할 수 있다.
[제2의 실시예]
제2의 실시예는, 제1의 실시예의 변형이며, 구체적으로는, 제3의 구성, 및, 제4A의 구성에 관한다. 제2의 실시예의 촬상장치의 개념도를 도5에 나타내지만, 제2의 실시예의 촬상장치(2)에 있어서는, 촬상 렌즈(11)와 마이크로렌즈 어레이부(12)와의 사이의 거리를 일정하게 유지하면서, 마이크로렌즈 어레이부(12)와 촬상소자(촬상수단)(13)와의 사이의 거리를 변화시키는 구동수단(18)이 더 구비되어 있다. 그리고, 촬상 렌즈(11)의 F넘버와 마이크로렌즈 어레이부(12)를 구성하는 마이크로렌즈의 F넘버와의 사이에 부정합이 생겼을 경우, 전압공급부(15)로부터 마이크로렌즈 어레이부(12)에 인가하는 전압을 변화시킬 수 있음과 동시에, 구동수단(18)에 의해 마이크로렌즈 어레이부(12)와 촬상소자(13)와의 사이의 거리를 변화시킬 수 있다. 구동수단(촬상소자 쉬프트부에 해당한다)(18)은, 전기신호를 기계적동작으로 변환시키는 소자, 예를 들면 피에조 소자나, 압전 액추에이터, 바이메탈로 구성할 수 있다.
도5, 도6, 및, 도7의 a∼d를 참조하여, 제2의 실시예의 촬상장치(2)에 있어서의 특징적인 동작이다, F넘버의 정합처리(촬상 렌즈(11)의 조리개 값을 변경할 때의 촬상광학계의 최적화처리)에 대해서 상세하게 설명한다. 여기에서, 도6은, 조리개 값 변경시의 촬상광학계의 최적화처리를 플로차트로 나타낸 것이며, 도7의 a∼d는, 촬상 렌즈(11)의 조리개 값을 변경할 때의 촬상광학계의 최적화처리에 있어서의 광로의 일례를 설명하기 위한 촬상 렌즈(11)등의 모식적인 모식도다. 한편, 촬상장치(2)의 기본동작(촬상동작)은, 제1의 실시예의 촬상장치(1)와 마찬가지로 할 수 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
촬상장치(2)에서는, 예를 들면 도7의 a에 나타내는 광선L21, L22과 같이, 촬상 렌즈(11)의 F넘버와 마이크로렌즈 어레이부(12)를 구성하는 마이크로렌즈의 F넘버(이하, 간단히, 마이크로렌즈의 F넘버라고 부른다)가 정합하고 있는 경우를, 우선, 상정한다. 그리고, 도7의 a에 나타낸 상태로부터, 촬상 렌즈(11)의 조리개 값이 변경되었을 경우에는(도6의 스텝-S21), 도7의 b에 나타내는 광선L21, L22와 같이, 촬상 렌즈(11)의(입사동경11-1로부터의) F넘버와, 마이크로렌즈의 F넘버와의 사이에서 부정합이 보인다(스텝-S22). 도7의 b에 나타낸 예의 경우에는, 제어부(17)에 의해, 전압공급부(15)로부터 마이크로렌즈 어레이부(12)에 인가되는 전압을 변화시키고, 마이크로렌즈 어레이부(12)에 있어서 발생하는 파워를 변화시킨다(스텝-S23).
그러면, 도7의 c에 나타나 있는 바와 같이, 마이크로렌즈 어레이부(12)에서의 광의 굴절이 완화되어, 마이크로렌즈 어레이부(12)로부터 사출하는 광이, 광선L22로부터 광선L24와 같이 변화된다. 그러면, 광선L23, L24에 나타나 있는 바와 같이, 촬상 렌즈(11)의 (입사동경11-1로부터의) F넘버와, 마이크로렌즈의 F넘버가 다시 정합하게 된다(스텝-S24). 단, 도7의 c로부터 알 수 있듯이, 도7의 a 및 b에 있어서의 광선L22의 경우와는 달리, 촬상소자(13)에 있어서 1개의 마이크로렌즈에 대응하는 촬상영역13-1(도7의 a∼d에 있어서는, 사선을 부착한 영역에서 나타낸다)과, 이 촬상영역13-1상에 있어서의 광선L24의 도달 영역이 일치하지 않게 되고, 이대로는 촬상시의 해상도가 저하해버린다.
그래서, 다음에, 제어부(17)에 의해 구동수단(촬상소자 쉬프트부)(18)를 제어하고, 촬상소자(13)를, 광축L0(촬상장치의 광축LL)을 따라, 도시한 예에서는, 마이크로렌즈 어레이부(12)로부터 떨어지는 방향으로 이동시킨다(스텝-S25). 그러자, 도7의 d에 나타낸 광선L23, L24와 같이, 촬상영역13-1과, 이 촬상영역13-1에 있어서의 광선L24의 도달 영역이 다시 일치하게 되고, 촬상소자(13)에서의 촬상영역이 최적화된다. 이렇게 하여, 촬상 렌즈(11)의 조리개 값을 변경할 때의 촬상광학계의 최적화처리가 종료한다. 제2의 실시예에 있어서는, 이러한 처리를 행하므로, 촬상시의 해상도 저하가 생기지 않는다. 구동수단(18)을, 예를 들면 전기신호를 기계적 동작으로 변환시키는 소자로부터 구성하면, 간이, 또한, 공간절약 구성으로 할 수 있다.
또한, 마이크로렌즈 어레이부(12)를 구성하는 마이크로렌즈의 파워 변경 처리(스텝-S23)를 행한 후에, 촬상소자(13)의 쉬프트 처리(스텝-S25)을 행하는 대신에, 촬상소자(13)의 쉬프트 처리(스텝-S25)를 행한 후에, 마이크로렌즈 어레이부(12)를 구성하는 마이크로렌즈의 파워 변경 처리(스텝-S23)를 행해도 된다.
또한, 촬상 렌즈(11)와 마이크로렌즈의 F넘버를 정합시킨 후에, 구동수단(18)이 촬상소자(13)를 이동시킴으로써, 마이크로렌즈 어레이부(12)와 촬상소자(13)와의 사이의 거리를 변화시켰지만, 대체적으로, 스텝-S21∼S-24의 처리 후에, 도7의 d를 참조해서 설명한 동작 대신에, 도8의 a 및 b에 나타나 있는 바와 같이, 구동수단에 의해, 촬상 렌즈(11)와 마이크로렌즈 어레이부(12)와의 사이의 거리를 일정하게 유지하면서, 촬상 렌즈(11) 및 마이크로렌즈 어레이부(12)를 촬상장치의 광축LL을 따라 이동시키는 구성으로 할 수도 있다. 구체적으로는, 촬상소자(13)상에서의 상의 크기가, 광선L21, L22에 의한 경우와, 이동 후의 광선L23, L24에 의한 경우로 일치하도록(촬상영역이 함께 촬상영역13-1이 되도록), 촬상 렌즈(11) 및 마이크로렌즈 어레이부(12)를 촬상장치의 광축L0(촬상장치의 광축LL)를 따라 이동시킨다. 촬상 렌즈(11)를 이동시키는 기구로서는, 일반적인 촬상에 사용할 때의 촬상 렌즈의 구동기구를 이용하면 좋다.
이상의 제2의 실시예에 있어서 설명한 구동수단(18), 및, F넘버의 정합처리(촬상 렌즈의 조리개 값을 변경할 때의 촬상광학계의 최적화처리)를, 후술하는 제3의 실시예∼제4의 실시예에도 적용할 수 있다.
[제3의 실시예]
제3의 실시예도, 제1의 실시예의 변형이다. 제3의 실시예에 있어서는 제4B의 구성을 채용했다. 다시 말해, 도9에 개념도를 나타나 있는 바와 같이, 촬상장치(3)의 광축을 Z축으로 한 3차원 가우스 공간을 상정했을 때, 촬상 렌즈(11)와 마이크로렌즈 어레이부(312)와의 사이에는, Ⅹ축방향으로 편광한 광을 출사하는 편광판(30), 및, 편광방향 가변소자(40)가, 배치되어 있다. 그리고, 마이크로렌즈 어레이부(312)를 구성하는 액정 렌즈 어레이가 렌즈로서 기능할 때, 각 마이크로렌즈는, Ⅹ축방향으로는 파워(광학 파워)를 갖지 않고, Y축방향으로는 파워(광학 파워)를 갖는다. 다시 말해, 액정 렌즈 어레이는, Z축을 중심으로 하고 이방적인 초점거리를 갖는 마이크로렌즈 어레이부(312)를 구성한다. 즉, 액정 렌즈 어레이를 구성하는 각 액정 렌즈는, YZ평면내에 있어서 유한의 초점거리를 갖고, ⅩZ 평면내에 있어서 무한대의 초점거리를 갖는 마이크로렌즈를 구성한다.
편광방향 가변소자(40)는 액정소자로 이루어진다. 구체적으로는, 편광방향 가변소자(40)는, 도2의 b에 모식적인 일부 단면도를 나타낸 것처럼,
(a’）한 쌍의 기판(41, 45),
(b’）한 쌍의 기판(41, 45)의 각각에 설치된 전극(42, 44), 및,
(c’）한 쌍의 기판(41, 45)의 각각에 설치된 전극(42, 44)의 사이에 배치된 액정층(43)으로 구성되어 있다. 여기에서, 한쪽의 기판(41) 근방에 있어서의 액정 분자의 배향방향은 Ⅹ축방향과 평행하고, 다른 쪽의 기판(45) 근방에 있어서의 액정 분자의 배향방향은 Y축방향과 평행하다. 또한, 전극42는 평탄한 1장의 전극으로 구성되고, 전극44도 평탄한 1장의 전극으로 구성되어 있다.
제3의 실시예에 있어서는, 광원으로서, 한정할만한 것이 아니지만, 단색광의 광원을 사용한다. 편광판(30)을 통과한 광은, Ⅹ축으로 평행한 편광성분만을 갖는다. 그리고, 편광방향 가변소자(40)의 제1의 동작 모드에 있어서는, 편광방향 가변소자(40)를 통과한 광은, 편광방향 가변소자(40)를 구성하는 액정 분자에 의해 편광방향을 구부릴 수 없고, 원래의 방향대로이다. 마이크로렌즈 어레이부(312)를 구성하는 액정 렌즈 어레이를 구성하는 각 액정 렌즈는, Z축을 중심으로 하고 이방적인 초점거리를 갖는 마이크로렌즈(Ⅹ축방향의 초점거리는 무한대이고, Y축방향의 초점거리는 유한의 값)이기 때문에, 마이크로렌즈312-1을 통과한 광(촬상 렌즈(11)에 의한 상)은, 마이크로렌즈312-1에 의해 변화를 받는 일이 없다. 그리고, 마이크로렌즈312-1을 통과한 광(촬상 렌즈(11)에 의한 상)은, 촬상소자(촬상수단)(13)에서 결상한다. 이 상태를, 모식적으로, 도10의 a에 나타낸다.
한편, 편광방향 가변소자(40)의 제2의 동작 모드에 있어서는, 편광방향 가변소자(40)를 통과한 광은, 편광방향 가변소자(40)를 구성하는 액정 분자에 의해 편광방향을 Y축방향으로 구부릴 수 있다. 여기에서, 전술한 바와 같이, 마이크로렌즈 어레이부(312)를 구성하는 액정 렌즈 어레이에 있어서의 각 액정 렌즈는, Z축을 중심으로 해서 이방적인 초점거리를 갖는 마이크로렌즈(Ⅹ축방향의 초점거리는 무한대이고, Y축방향의 초점거리는 유한의 값)이기 때문에, 마이크로렌즈312-1에 있어서 결상한 광(촬상 렌즈(11)에 의한 상)은, 촬상소자(13) 위에 투영된다.
그리고, 제3의 실시예에 있어서는, 편광방향 가변소자(40)를 제1의 동작 모드로 했을 때, 제1의 촬상 모드로 하고, 편광방향 가변소자(40)를 제2의 동작 모드로 했을 때, 제2의 촬상 모드로 하면 좋다.
이러한 액정 렌즈 어레이로서, 한정할 만한 것이 아니지만, 예를 들면 일본국 공개특허공보 특개2006-079669에 개시된 액정 렌즈 소자나, 일본국 공개특허공보 특개평5-034656에 개시된 초점거리 가변 액정 렌즈를 사용하면 좋다. 이것들의 액정 렌즈 소자 혹은 액정 렌즈는, 러빙방향과 같은 방향의 편광방향의 광에 대해서만 렌즈 효과를 발현한다. 따라서, 한 쌍의 기판(41, 45)에 있어서의 러빙방향을, Ⅹ축방향과 평행한 방향, 및, Y축방향과 평행한 방향으로 하면 좋다.
사용하는 액정층(43)을 구성하는 액정재료의 종류에 의해, 전극42, 44에 전압을 인가했을 때에, 제2의 동작 모드를 얻는 경우도 있고, 전극42, 44에 전압을 인가하지 않을 때에, 제2의 동작 모드를 얻는 경우도 있다. 또한, 액정층(43)을 구성하는 액정 재료의 종류에 따라서는, 액정 렌즈 어레이가 렌즈로서 기능할 때, 각 마이크로렌즈는, Y축방향으로는 파워(광학 파워)를 갖지 않고(이 상태를, 모식적으로, 도11의 a에 나타낸다), Ⅹ축방향으로는 파워(광학 파워)를 갖는(이 상태를, 모식적으로, 도11의 b에 나타낸다) 구성, 다시 말해, 제4C의 구성으로 할 수도 있다. 이러한 제4C의 구성 에 있어서는, 액정 렌즈 어레이는, Z축을 중심으로 해서 이방적인 초점거리를 갖는 마이크로렌즈 어레이부(312)를 구성한다. 다시 말해, 액정 렌즈 어레이를 구성하는 각액정 렌즈는, ⅩZ평면내에 있어서 유한의 초점거리를 갖고, YZ 평면내에 있어서 무한대의 초점거리를 갖는 마이크로렌즈를 구성한다. 그리고, 이 경우에도, 전극42, 44에 전압을 인가했을 때에, 제2의 동작 모드를 얻는 경우도 있고, 전극42, 44에 전압을 인가하지 않을 때에, 제2의 동작 모드를 얻는 경우도 있다. 후술하는 제4의 실시예에 있어서도 같다.
제3의 실시예의 촬상장치3, 혹은 또한, 후술하는 제4의 실시예의 촬상장치4와 같이, 단색광을 촬상에 이용하는 경우에는, 마이크로렌즈를 회절 렌즈로 구성한 쪽이, 파장 의존성이나 축상 색수차의 문제가 없기 때문에, 비구면렌즈로 구성했을 경우와 비교하여, 뛰어난 광학특성을 얻을 수 있다.
[제4의 실시예]
제4의 실시예는, 본 발명의 제2의 형태에 관련되는 촬상장치 및 촬상방법에 관한 것이다. 제4의 실시예의 촬상장치4의 개념도를, 도12에 나타낸다. 다시 말해, 제4의 실시예의 촬상장치4는, 제3의 실시예에 있어서의 촬상장치3과 마찬가지로,
(A)촬상 렌즈(11),
(B)촬상 렌즈(11)를 통과한 광이 입사하는 마이크로렌즈 어레이부(412), 및,
(C)마이크로렌즈 어레이부(412)로부터 출사된 광을 수광하는 촬상소자(촬상수단)(13)을 구비하고 있고,
촬상장치(4)의 광축을 Z축으로 한 3차원 가우스 공간을 상정했을 때, 촬상 렌즈(11)와 마이크로렌즈 어레이부(412)와의 사이에는, Ⅹ축방향으로 편광한 광을 출사하는 편광판(30), 및, 편광방향 가변소자(40)가, 더욱 배치되어 있다.
그리고, 제3의 실시예의 촬상장치3과 마찬가지로, 마이크로렌즈 어레이부(412)는, 액정 렌즈 어레이로 구성되어 있고, 제4의 실시예에 있어서는, 마이크로렌즈 어레이부(412)를 구성하는 각 마이크로렌즈412-1은, Ⅹ축방향으로는 파워를 갖지 않고, Y축방향으로는 파워를 갖고 있다. 제4의 실시예에 있어도, 광원으로서, 한정할만한 것이 아니지만, 단색광의 광원을 사용한다.
제4의 실시예의 촬상장치4에 있어서는, 제3의 실시예의 촬상장치3과 마찬가지로,
제1의 촬상 모드 및 제2의 촬상 모드에 의해 촬상이 이루어지고,
제1의 촬상 모드에 의한 촬상시, 편광방향 가변소자(40)의 작동에 의해, 마이크로렌즈 어레이부(412)를 구성하는 각 마이크로렌즈412-1의 파워를 갖지 않는 방향으로 편광된 광이 마이크로렌즈412-1을 통과하고, 촬상 렌즈(11)에 의한 상이 촬상소자(13) 위에 결상되고,
제2의 촬상 모드에 의한 촬상시, 편광방향 가변소자(40)의 작동에 의해, 마이크로렌즈 어레이부(412)를 구성하는 각 마이크로렌즈412-1의 파워를 갖는 방향으로 편광된 광이 마이크로렌즈412-1에 입사되고, 촬상 렌즈(11)에 의한 상이 마이크로렌즈412-1 위에 결상되고, 마이크로렌즈412-1 위에 결상된 촬상 렌즈(11)에 의한 상은 마이크로렌즈412-1에 의해 촬상소자(13)에 투영된다.
또한, 제4의 실시예의 촬상장치(4)에 있어서는, 촬상소자(13)로부터의 신호에 대하여 소정의 화상처리를 실행하기 위한 화상처리부(14)를 더욱 구비하고 있다. 그리고, 촬상장치(4)에 있어서는, 제1의 촬상 모드 및 제2의 촬상 모드에 의해 촬상이 이루어지고, 제1의 촬상 모드에 의한 촬상시, 화상처리부(14)에 의한 소정의 화상처리가 정지되고, 제2의 촬상 모드에 의한 촬상시, 화상처리부(14)에 의한 소정의 화상처리가 행해진다.
편광방향 가변소자(40)는, 액정 소자로 구성되어 있다. 편광방향 가변소자(40)를 구성하는 액정 소자는, 구체적으로는, 제3의 실시예에 있어서 설명한 액정 소자와 마찬가지로 할 수 있으므로, 상세한 설명은 생략한다. 또한, 제4의 실시예의 촬상장치4를 구성하는 촬상 렌즈(11), 마이크로렌즈 어레이부(412), 및, 촬상소자(13)의 구성, 구조도, 제3의 실시예의 촬상장치3을 구성하는 촬상 렌즈(11), 마이크로렌즈 어레이부(312), 및, 촬상소자(13)의 구성, 구조와 마찬가지로 할 수 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
단, 제4의 실시예의 촬상장치4에 있어서는, 제1의 촬상 모드와 제2의 촬상 모드의 교체에 있어서는, 전압공급부(15)로부터의 마이크로렌즈 어레이부(412)에의 전압의 인가의 유무로 행하는 것이 아니고, 전술한 바와 같이, 전압공급부(15)로부터의 편광방향 가변소자(40)를 구성하는 전극(42, 44)에의 전압의 인가의 유무에 의해 행해진다. 마이크로렌즈 어레이부(412)에 있어서는, 액정층을 구성하는 액정 재료에 의존하지만, 마이크로렌즈 어레이부(412)를 구성하는 각 마이크로렌즈412-1이, Ⅹ축방향으로는 파워를 갖지 않고, Y축방향으로는 파워를 갖는 상태가 달성될 수 있게, 마이크로렌즈 어레이부(412)를 구성하는 액정 렌즈 어레이의 제1전극(22), 제2전극(24)에 적절한 전압을 인가하면 좋다. 한편, 제3의 실시예에 있어서 설명한 것처럼, Y축방향으로는 파워를 갖지 않고, Ⅹ축방향으로는 파워를 갖는 상태가 달성될 수 있게, 마이크로렌즈 어레이부(412)를 구성하는 액정 렌즈 어레이의 제1전극(22), 제2전극(24)에 적절한 전압을 인가해도 좋다. 보통, 전압공급부(15)로부터 마이크로렌즈 어레이부(412)에는, 일정한 값의 전압을 인가하면 좋다. 그리고, 제2의 실시예에 있어서 설명한 바와 같이, F넘버의 정합처리(촬상 렌즈(11)의 조리개 값을 변경할 때의 촬상광학계의 최적화처리)를 행할 경우에는, 전압공급부(15)로부터 마이크로렌즈 어레이부(412)에의 인가전압의 값을 적절하게 변화시키면 좋다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예에 근거해 설명했지만, 본 발명은 이것들의 실시예에 한정할만한 것이 아니고, 여러 가지의 변형이 가능하다.
제1의 실시예∼제4의 실시예에 있어서는, 마이크로렌즈 어레이부에 있어서, 전극(22, 24)의 표면S1, S2의 내, 표면S1가 곡면인 평볼록 렌즈로 했지만, 대체적으로, 표면S2를 곡면으로 해도 되고, 표면S1, S2의 양쪽이 곡면인 양쪽 볼록 렌즈로 하여도 좋다. 제1의 실시예∼제2의 실시예에 있어서는, 마이크로렌즈 어레이부를, 액정 렌즈 어레이로 구성하는 대신에, 일렉트로웨팅 현상(전기모관현상)을 이용한 액체 마이크로렌즈 어레이부를 사용할 수도 있다. 또는, 실시예에 있어서는, 화상처리부(14)에 있어서의 소정의 화상처리방법으로서, 라이트·휠드·포토그래피 기술에 근거하는 리포커스 연산 처리에 관하여 설명했지만, 화상처리부(14)에 있어서의 화상처리방법은, 이것에 한정되지 않고, 다른 화상처리방법(예를 들면, 시야를 떤다고 하는 화상처리나, 마이크로렌즈 어레이부 및 촬상소자를 일종의 스테레오 카메라로서 기능시킴으로써 얻어진 거리 산출이라고 한 화상처리)으로 해도 된다. 또한, 마이크로렌즈 어레이부를 구성하는 각 렌즈의 형상은, 원형에 한정되지 않고, 사각형이나 육각형 등의 각종의 다각형으로 할 수도 있다. 사각형이나 육각형의 렌즈를 사용함으로써, 광이용 효율을 높일 수 있음과 아울러, 사각형이나 육각형의 렌즈가 조밀하게 배열된 마이크로렌즈 어레이부에 있어서는, 원형의 렌즈에 있어서의 렌즈와 렌즈의 사이의 평평한 부분이 존재하지 않으므로, 원형의 렌즈에 있어서의 렌즈와 렌즈의 사이의 평평한 부분을 통해 온 광선의 영향을 회피할 수 있다고 하는 이점이 있다.

Claims (24)

  1. (A)촬상 렌즈,
    (B)촬상 렌즈를 통과한 광이 입사하는 마이크로렌즈 어레이부, 및,
    (C)마이크로렌즈 어레이부로부터 출사된 광을 수광하는 촬상소자를 구비하고 있고,
    마이크로렌즈 어레이부를 구성하는 각 마이크로렌즈는, 인가되는 전압에 따라 초점거리가 가변인 것을 특징으로 하는 촬상장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제1의 촬상 모드 및 제2의 촬상 모드에 의해 촬상이 이루어지고,
    제1의 촬상 모드에 의한 촬상시, 마이크로렌즈 어레이부를 구성하는 각 마이크로렌즈의 초점거리가 무한대로 됨으로써, 촬상 렌즈에 의한 상이 촬상소자 위에 결상되고,
    제2의 촬상 모드에 의한 촬상시, 촬상 렌즈에 의한 상이 마이크로렌즈 위에 결상되고, 각 마이크로렌즈의 초점거리가 유한의 값으로 됨으로써, 마이크로렌즈 위에 결상된 촬상 렌즈에 의한 상이 촬상소자 위에 투영되는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    (D)촬상소자로부터의 신호에 대하여 소정의 화상처리를 실행하기 위한 화상처리부, 및,
    (E)마이크로렌즈 어레이부에 전압을 인가하기 위한 전압공급부를 더 구비하고 있고,
    촬상장치에 있어서는, 제1의 촬상 모드 및 제2의 촬상 모드에 의해 촬상이 이루어지고,
    제1의 촬상 모드에 의한 촬상시, 전압공급부로부터 마이크로렌즈 어레이부에의 전압의 인가가 정지되고, 또한, 화상처리부에 의한 소정의 화상처리가 정지되고,
    제2의 촬상 모드에 의한 촬상시, 전압공급부로부터 마이크로렌즈 어레이부에의 전압의 인가가 행해지고, 또한, 화상처리부에 의한 소정의 화상처리가 행해지는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    (D)촬상소자로부터의 신호에 대하여 소정의 화상처리를 실행하기 위한 화상처리부, 및,
    (E)마이크로렌즈 어레이부에 전압을 인가하기 위한 전압공급부를 더 구비하고 있고,
    촬상장치에 있어서는, 제1의 촬상 모드 및 제2의 촬상 모드에 의해 촬상이 이루어지고,
    제1의 촬상 모드에 의한 촬상시, 전압공급부로부터 마이크로렌즈 어레이부에의 전압의 인가가 행해지고, 또한, 화상처리부에 의한 소정의 화상처리가 정지되고,
    제2의 촬상 모드에 의한 촬상시, 전압공급부로부터 마이크로렌즈 어레이부에의 전압의 인가가 정지되고, 또한, 화상처리부에 의한 소정의 화상처리가 행해지는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    촬상 렌즈와 마이크로렌즈 어레이부와의 사이의 거리를 일정하게 유지하면서, 마이크로렌즈 어레이부와 촬상소자와의 사이의 거리를 변화시키는 구동수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    구동수단은, 촬상장치의 광축을 따라 촬상소자를 이동시키는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    구동수단은, 촬상장치의 광축을 따라 촬상 렌즈 및 마이크로렌즈 어레이부를 이동시키는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    (D)촬상소자로부터의 신호에 대하여 소정의 화상처리를 실행하기 위한 화상처리부, 및,
    (E)마이크로렌즈 어레이부에 전압을 인가하기 위한 전압공급부를 더 구비하고 있고,
    촬상 렌즈의 F넘버와 마이크로렌즈 어레이부를 구성하는 마이크로렌즈의 F넘버와의 사이에 부정합이 생겼을 경우, 전압공급부로부터 마이크로렌즈 어레이부에 인가하는 전압을 변화시킬 수 있음과 동시에, 구동수단에 의해 마이크로렌즈 어레이부와 촬상소자와의 사이의 거리를 변화시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    마이크로렌즈 어레이부는, 액정 렌즈 어레이로 구성되는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    액정 렌즈 어레이는,
    (a)제1전극을 갖는 제1기판,
    (b)제2전극을 갖는 제2기판, 및,
    (c)제1전극과 제2전극과의 사이에 배치된 액정층으로 구성되어 있고,
    제1전극 및 제2전극에의 전압의 인가의 유무에 의해, 액정 렌즈 어레이가 렌즈로서 기능하는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    촬상장치의 광축을 Z축으로 한 3차원 가우스 공간을 상정하고, 액정 렌즈 어레이가 렌즈로서 기능할 때, 각 마이크로렌즈는, Ⅹ축방향 및 Y축방향에 있어서 대략 같은 파워를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    촬상장치의 광축을 Z축으로 한 3차원 가우스 공간을 상정했을 때, 촬상 렌즈와 마이크로렌즈 어레이부와의 사이에는, Ⅹ축방향으로 편광한 광을 출사하는 편광판, 및, 편광방향 가변소자가, 배치되어 있고,
    액정 렌즈 어레이가 렌즈로서 기능할 때, 각 마이크로렌즈는, Ⅹ축방향으로는 파워를 갖지 않고, Y축방향으로는 파워를 갖는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    촬상장치의 광축을 Z축으로 한 3차원 가우스 공간을 상정했을 때, 촬상 렌즈와 마이크로렌즈 어레이부와의 사이에는, Ⅹ축방향으로 편광한 광을 출사하는 편광판, 및, 편광방향 가변소자가, 배치되어 있고,
    액정 렌즈 어레이가 렌즈로서 기능할 때, 각 마이크로렌즈는, Y축방향으로는 파워를 갖지 않고, Ⅹ축방향으로는 파워를 갖는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    마이크로렌즈는 비구면렌즈인 것을 특징으로 하는 촬상장치.
  15. (A)촬상 렌즈,
    (B)촬상 렌즈를 통과한 광이 입사하는 마이크로렌즈 어레이부, 및,
    (C)마이크로렌즈 어레이부로부터 출사된 광을 수광하는 촬상소자를 구비하고 있고,
    마이크로렌즈 어레이부를 구성하는 각 마이크로렌즈는, 인가되는 전압에 따라 초점거리가 가변인 촬상장치를 사용한 촬상방법으로서,
    제1의 촬상 모드 및 제2의 촬상 모드에 의해 촬상되고,
    제1의 촬상 모드에 의한 촬상시, 마이크로렌즈 어레이부를 구성하는 각 마이크로렌즈의 초점거리를 무한대로 함으로써, 촬상 렌즈에 의한 상을 촬상소자 위에 결상시키고,
    제2의 촬상 모드에 의한 촬상시, 촬상 렌즈에 의한 상을 마이크로렌즈 위에 결상시키고, 각 마이크로렌즈의 초점거리를 유한의 값으로 함으로써, 마이크로렌즈 위에 결상된 촬상 렌즈에 의한 상을 촬상소자 위에 투영하는 것을 특징으로 하는 촬상방법.
  16. (A)촬상 렌즈,
    (B)촬상 렌즈를 통과한 광이 입사하는 마이크로렌즈 어레이부, 및,
    (C)마이크로렌즈 어레이부로부터 출사된 광을 수광하는 촬상소자를 구비한 촬상장치로서,
    촬상장치의 광축을 Z축으로 한 3차원 가우스 공간을 상정했을 때, 촬상 렌즈와 마이크로렌즈 어레이부와의 사이에는, Ⅹ축방향으로 편광한 광을 출사하는 편광판, 및, 편광방향 가변소자가, 더 배치되어 있고,
    마이크로렌즈 어레이부는, 액정 렌즈 어레이로 구성되어 있고,
    마이크로렌즈 어레이부를 구성하는 각 마이크로렌즈는, Ⅹ축방향으로는 파워를 갖지 않고, Y축방향으로는 파워를 갖고 있고, 혹은 또한, Y축방향으로는 파워를 갖지 않고, Ⅹ축방향으로는 파워를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
  17. 제1의 촬상 모드 및 제2의 촬상 모드에 의해 촬상이 이루어지고,
    제1의 촬상 모드에 의한 촬상시, 편광방향 가변소자의 작동에 의해, 마이크로렌즈 어레이부를 구성하는 각 마이크로렌즈의 파워를 갖지 않는 방향으로 편광된 광이 마이크로렌즈를 통과하여, 촬상 렌즈에 의한 상이 촬상소자 위에 결상되고,
    제2의 촬상 모드에 의한 촬상시, 편광방향 가변소자의 작동에 의해, 마이크로렌즈 어레이부를 구성하는 각 마이크로렌즈의 파워를 갖는 방향으로 편광된 광이 마이크로렌즈에 입사되고, 촬상 렌즈에 의한 상이 마이크로렌즈 위에 결상되고, 마이크로렌즈 위에 결상된 촬상 렌즈에 의한 상이 마이크로렌즈에 의해 촬상소자에 투영되는 것을 특징으로 하는 촬상방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    (D)촬상소자로부터의 신호에 대하여 소정의 화상처리를 실행하기 위한 화상처리부를 더 구비하고 있고,
    촬상장치에 있어서는, 제1의 촬상 모드 및 제2의 촬상 모드에 의해 촬상이 이루어지고,
    제1의 촬상 모드에 의한 촬상시, 화상처리부에 의한 소정의 화상처리가 정지되고,
    제2의 촬상 모드에 의한 촬상시, 화상처리부에 의한 소정의 화상처리가 행해지는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
  19. 제 16 항에 있어서,
    촬상 렌즈와 마이크로렌즈 어레이부와의 사이의 거리를 일정하게 유지하면서, 마이크로렌즈 어레이부와 촬상소자와의 사이의 거리를 변화시키는 구동수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    구동수단은, 촬상장치의 광축을 따라 촬상소자를 이동시키는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
  21. 제 19 항에 있어서,
    구동수단은, 촬상장치의 광축을 따라 촬상 렌즈 및 마이크로렌즈 어레이부를 이동시키는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
  22. 제 19 항에 있어서,
    (D)촬상소자로부터의 신호에 대하여 소정의 화상처리를 실행하기 위한 화상처리부를 더 구비하고 있고,
    촬상 렌즈의 F넘버와 마이크로렌즈 어레이부를 구성하는 마이크로렌즈의 F넘버와의 사이에 부정합이 생겼을 경우, 마이크로렌즈 어레이부를 구성하는 각 마이크로렌즈의 파워를 변화시킬 수 있음과 동시에, 구동수단에 의해 마이크로렌즈 어레이부와 촬상소자와의 사이의 거리를 변화시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
  23. 제 16 항에 있어서,
    편광방향 가변소자는, 액정 소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
  24. (A)촬상 렌즈,
    (B)촬상 렌즈를 통과한 광이 입사하는 마이크로렌즈 어레이부, 및,
    (C)마이크로렌즈 어레이부로부터 출사된 광을 수광하는 촬상소자를 구비한 촬상장치이고,
    촬상장치의 광축을 Z축으로 한 3차원 가우스 공간을 상정했을 때, 촬상 렌즈와 마이크로렌즈 어레이부와의 사이에는, Ⅹ축방향으로 편광한 광을 출사하는 편광판, 및, 편광방향 가변소자가, 더 배치되어 있고,
    마이크로렌즈 어레이부는 액정 렌즈 어레이로 구성되어 있고, 마이크로렌즈 어레이부를 구성하는 각 마이크로렌즈는, Ⅹ축방향으로는 파워를 갖지 않고, Y축방향으로는 파워를 갖고 있고, 혹은 또한, Y축방향으로는 파워를 갖지 않고, X축방향으로는 파워를 갖고 있는 촬상장치를 사용한 촬상방법으로서,
    제1의 촬상 모드 및 제2의 촬상 모드에 의해 촬상되고,
    제1의 촬상 모드에 의한 촬상시, 편광방향 가변소자의 작동에 의해, 마이크로렌즈 어레이부를 구성하는 각 마이크로렌즈의 파워를 갖지 않는 방향으로 편광한 광을 마이크로렌즈를 통과시켜, 촬상 렌즈에 의한 상을 촬상소자 위에 결상시키고,
    제2의 촬상 모드에 의한 촬상시, 편광방향 가변소자의 작동에 의해, 마이크로렌즈 어레이부를 구성하는 각 마이크로렌즈의 파워를 갖는 방향으로 편광된 광을 마이크로렌즈에 입사시키고, 촬상 렌즈에 의한 상을 마이크로렌즈 위에 결상시키고, 마이크로렌즈 위에 결상된 촬상 렌즈에 의한 상을 마이크로렌즈에 의해 촬상소자에 투영하는 것을 특징으로 하는 촬상방법.
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