WO2016199468A1 - 撮像装置、撮像方法及び液晶レンズの使用方法 - Google Patents

Abstract

撮像装置１は、液晶レンズ２を備える。液晶レンズ２は、１つの液晶層８ｂで構成された液晶部８ａを一対有する。一対の液晶部８ａ，８ａに対して相互に独立して電圧を印加可能である。一対の液晶部８ａ，８ａの一方が屈折可能な偏光Ｌｐと、他方が屈折可能な偏光Ｌｓは偏光方向が相互に直交する。そして、撮像装置１は、一対の液晶部８ａ，８ａを通過した偏光Ｌｐと偏光Ｌｓを相互に分離する偏光ビームスプリッター４と、偏光ビームスプリッター４によって分離された偏光Ｌｐと偏光Ｌｓのそれぞれの像を撮像する一対の撮像手段５，５とを備える。

Description

撮像装置、撮像方法及び液晶レンズの使用方法

　本発明は、撮像装置、撮像方法及び液晶レンズの使用方法の改良技術に関する。

　公知のように、近年、印加電圧により液晶層の屈折率を変更可能な液晶素子（いわゆる液晶レンズ）が様々な電子機器に使用されている。

　この液晶レンズのうち、自然光に対して屈折率が可変となるように構成されたものは、同一の光軸に対して垂直に配設され、光軸に対する垂直面内の液晶配向方向が相互に直交する一対の液晶層を備えている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３－１５６４２３号公報

　ところで、液晶レンズを使用するか否かに関わらず、一般に、光軸の方向の異なる２つの位置の画像を撮像する場合に、一方の位置に焦点を合わせると、一方の位置の画像は明瞭となるが、他方の位置には焦点が合わないため、他方の位置の画像は、ぼやけて不明瞭となる。

　本発明は、上記事情に鑑み、光軸の方向の異なる２つの位置の画像を同時に明瞭に撮像することを技術的課題とする。

　前記課題を解決するために創案された本発明に係る撮像装置は、少なくとも１つの液晶層で構成される液晶部を一対有する液晶レンズを備え、前記一対の液晶部に対して相互に独立して電圧を印加可能であり、前記一対の液晶部の一方は第１偏光を屈折可能で、他方は第２偏光を屈折可能であり、前記第１偏光と前記第２偏光は偏光方向が相互に直交する撮像装置であって、前記一対の液晶部を通過した前記第１偏光と前記第２偏光を相互に分離する光分離手段と、前記光分離手段によって分離された前記第１偏光と前記第２偏光のそれぞれの像を撮像する撮像手段とを備えることに特徴づけられる。

　この構成では、液晶レンズの一対の液晶部のそれぞれに独立して電圧を印加することができる。これによって、一対の液晶部の焦点距離を異ならせて、一対の液晶部の焦点のそれぞれを光軸の方向の異なる任意の２つの位置に合わせることができる。従って、撮像手段によって撮像される像を、何れも明瞭なものにすることができる。すなわち、本発明の撮像装置によれば、光軸の方向の異なる２つの位置の画像を同時に明瞭に撮像することができる。

　上記の構成において、前記一対の液晶部と、前記光分離手段との間に、前記一対の液晶部を通過した光の像を拡大する像拡大手段が配設されていることが好ましい。

　この構成であれば、液晶レンズのサイズが小さい場合でも、大きな像を撮像できる。

　上記の構成において、前記光分離手段は、前記第１偏光と前記第２偏光の一方を透過させ、他方を反射する偏光ビームスプリッターであることが好ましい。

　この構成であれば、第１偏光と第２偏光を相互に分離することが容易である。

　上記の構成において、前記一対の液晶部のそれぞれが、１つの液晶層で構成されていることが好ましい。

　この構成であれば、液晶レンズの構造が簡素なものとなり、製造コストを低減できる。

　また、前記課題を解決するために創案された本発明に係る撮像方法は、少なくとも１つの液晶層で構成される液晶部を一対有する液晶レンズを使用し、前記一対の液晶部に対して相互に独立して電圧を印加可能であり、前記一対の液晶部の一方は第１偏光を屈折可能で、他方は第２偏光を屈折可能であり、前記第１偏光と前記第２偏光は偏光方向が相互に直交する撮像方法であって、前記一対の液晶部を通過した前記第１偏光と前記第２偏光を相互に分離し、分離された前記第１偏光と前記第２偏光のそれぞれの像を撮像することに特徴づけられる。

　この構成の技術的特徴は、本欄の冒頭で述べた撮像装置の技術的特徴と実質的に同様であるため、作用及び効果も同様である。

　また、前記課題を解決するために創案された本発明に係る液晶レンズの使用方法は、少なくとも１つの液晶層で構成される液晶部を一対有する液晶レンズの使用方法であって、前記一対の液晶部に対して相互に独立して電圧を印加可能であり、前記一対の液晶部の一方は第１偏光を屈折可能で、他方は第２偏光を屈折可能であり、前記第１偏光と前記第２偏光は偏光方向が相互に直交し、光軸の方向の異なる２つの位置の画像を撮像するために、前記一対の液晶部に電圧を印加することによって、前記一対の液晶部のそれぞれの焦点を前記光軸の方向の異なる２つの前記位置に合わせることに特徴づけられる。

　この構成であれば、一対の液晶部を通過した第１偏光と第２偏光を相互に分離し、分離された第１偏光と第２偏光のそれぞれの像を撮像すれば、光軸の方向の異なる２つの位置の画像を同時に明瞭に撮像することができる。

　以上のように本発明によれば、光軸の方向の異なる２つの位置の画像を同時に明瞭に撮像することができる。

本発明の実施形態に係る撮像装置を示す概略側面図である。 液晶レンズを示す拡大概略側面図である。 液晶レンズの変形例を示す拡大概略側面図である。

　以下、本発明を実施するための形態について図面に基づき説明する。

　図１は、本発明の実施形態に係る撮像装置を示す概略側面図である。この撮像装置１は、被写体Ａにおける光軸Ｂの方向の異なる２つの位置の画像を同時に明瞭に撮像するためのものである。

　撮像装置１は、液晶レンズ２と、像拡大手段３と、偏光ビームスプリッター４と、一対の撮像手段５，５と、データ処理手段６、画像表示手段７とを主要な構成要素として備える。

　液晶レンズ２は、一対のレンズ部８，８を有する。一対のレンズ部８，８のそれぞれは、液晶部８ａを１つ有する。液晶部８ａは、１つの液晶層８ｂで構成されている。また、一対の液晶部８ａ，８ａのそれぞれには、相互に独立して電圧を印加可能である。一対のレンズ部８，８のそれぞれの液晶部８ａは、光軸Ｂに対して垂直になるように配設されている。そして、一対のレンズ部８，８のそれぞれの液晶部８ａにおける光軸Ｂに対する垂直面内の液晶配向方向は、相互に直交した状態である。

　被写体Ａの側から一対のレンズ部８，８の液晶部８ａ，８ａに入射する光（自然光）には、一方のレンズ部８の液晶部８ａにおける光軸Ｂに対する垂直面内の液晶配向方向に一致する偏光方向を有する偏光と、他方のレンズ部８の液晶部８ａにおける光軸Ｂに対する垂直面内の液晶配向方向に一致する偏光方向を有する偏光が含まれる。一対のレンズ部８，８の液晶部８ａ，８ａのそれぞれは、その屈折率の変更によって、液晶部８ａにおける光軸Ｂに対する垂直面内の液晶方向配向に一致する偏光方向を有する偏光を屈折可能である。つまり、一対の液晶部８ａ，８ａの一方が屈折可能な偏光（第１偏光）と他方が屈折可能な偏光（第２偏光）は、偏光方向が相互に直交する。

　図２に詳細に示すように、一対のレンズ部８，８のそれぞれは、１つの液晶部８ａを介して対向する一対の透明基板８ｃと、透明基板８ｃの間に液晶部８ａを封止する封止部８ｄと、液晶部８ａに電圧を印加するための第１電極８ｅ、第２電極８ｆ、第３電極８ｇを主要な構成要素とする。また、第１電極８ｅと第２電極８ｆには、電圧が可変な第１電源９ａが接続され、第１電極８ｅと第３電極８ｇには電圧が可変な第２電源９ｂが接続される。第１電源９ａと第２電源９ｂの電圧を調節することによって、液晶部８ａの屈折率を変更することができる。

　本実施形態では、一対のレンズ部８，８は、その構成要素の寸法や材質は同一であり、一対のレンズ部８，８は、それらの境界を対称面として対称配置されている。しかし、本発明は、これに限定されず、一対のレンズ部８，８は、その構成要素の寸法や材質は同一でなくてもよいし、一対のレンズ部８，８が、対称配置されていなくてもよい。

　また、本実施形態では、一対のレンズ部８，８は、接着剤等により相互に接着されているが、相互に離隔していてもよい。一方、本実施形態では、液晶部８ａの間に透明基板８ｃが一対配置されているが、液晶部８ａのそれぞれに独立して電圧印加可能であれば、液晶部８ａの間の透明基板８ｃを共有化して１つにしてもよい。

　撮像装置１の使用時には、一対の液晶部８ａ，８ａの焦点のそれぞれを光軸Ｂの方向の異なる２つの位置に合わせる。これは、一対の液晶部８ａ，８ａの双方又は一方に電圧を印加して、一対の液晶部８ａ，８ａの焦点距離を異ならせることによって実施される。

　図１に示すように、像拡大手段３は、液晶レンズ２と、偏光ビームスプリッター４との間に配設され、液晶レンズ２の一対の液晶部８ａ，８ａを通過した光の像を拡大する。像拡大手段３は、例えば、無限遠補正光学系（いわゆる顕微鏡の光学系）であり、光軸Ｂ上に配置された対物レンズ３ａ、結像レンズ３ｂ及び接眼レンズ３ｃで構成されている。

　偏光ビームスプリッター４は、Ｐ偏光Ｌｐを透過させると共にＳ偏光Ｌｓを反射する。詳述すれば、偏光ビームスプリッター４は、入射したＳ偏光を入射方向に対して直角の方向に反射する。つまり、偏光ビームスプリッター４は、液晶レンズ２の一対の液晶部８ａ，８ａを通過した光に含まれる一対の偏光Ｌｐ，Ｌｓを相互に分離する光分離手段である。

　本実施形態では、偏光ビームスプリッター４の側のレンズ部８の液晶部８ａにおける光軸Ｂに対する垂直面内の液晶配向方向が、Ｐ偏光Ｌｐの偏光方向に一致するように配設されており、被写体Ａの側のレンズ部８の液晶部８ａにおける光軸Ｂに対する垂直面内の液晶配向方向が、Ｓ偏光Ｌｓの偏光方向に一致するように配設されている。つまり、偏光ビームスプリッター４の側のレンズ部８の液晶部８ａが、Ｐ偏光Ｌｐを屈折可能であり、被写体Ａの側のレンズ部８の液晶部８ａが、Ｓ偏光Ｌｓを屈折可能である。しかし、本発明はこれに限定されず、偏光ビームスプリッター４の側のレンズ部８の液晶部８ａにおける光軸Ｂに対する垂直面内の液晶配向方向が、Ｓ偏光Ｌｓの偏光方向に一致するように配設され、被写体Ａの側のレンズ部８の液晶部８ａにおける光軸Ｂに対する垂直面内の液晶配向方向が、Ｐ偏光Ｌｐの偏光方向に一致するように配設されていてもよい。

　一対の撮像手段５，５は、偏光ビームスプリッター４によって分離されたＰ偏光ＬｐとＳ偏光Ｌｓのそれぞれの像を撮像する。本実施形態では、一対の撮像手段５，５は、ＣＭＯＳカメラであり、撮像された像の画像データが形成される。しかし、本発明はこれに限定されず、一対の撮像手段５，５は、各偏光Ｌｐ，Ｌｓの像を撮像できるものであれば、例えば、ＣＣＤカメラであってもよいし、電気的な画像データが形成されないフィルム式のカメラであってもよい。

　データ処理手段６は、一対の撮像手段５，５で撮像されて形成される画像データを、重ね合わせて１つの画像に合成して、画像表示手段７に表示する。勿論、本発明はこれに限定されることは無く、データ処理手段６は、一対の撮像手段５，５で撮像されて形成される画像データを、それぞれ別の画像として画像表示手段７に表示してもよい。

　以上のように構成された本実施形態の撮像装置１では、以下の効果を享受できる。

　使用時には、一対の液晶部８ａ，８ａの焦点のそれぞれを光軸Ｂの方向の異なる２つの位置に合わせる。従って、一対の撮像手段５，５によって撮像される各偏光Ｌｐ，Ｌｓの像は、何れも明瞭なものとなる。すなわち、本実施形態の撮像装置１によれば、光軸Ｂの方向の異なる位置の画像を同時に明瞭に撮像することができる。

　ところで、例えばマクロ撮像の場合、被写体深度は非常に浅く、レンズの焦点位置にある被写体は明瞭に撮像できるが、焦点位置から外れた部分の被写体は、ぼやけて不明瞭となる。周囲との位置関係を把握するためには、この状況は不都合であり、撮像装置の被写体深度が深いことが要望される。

　このような要望に対して、本実施形態の撮像装置１では、撮像で形成された画像データを重ね合わせて１つの画像に合成している。この画像は、光軸Ｂの方向の異なる２つの位置に焦点が合っており、実質的に被写体深度が深い画像である。すなわち、本実施形態の撮像装置１によれば、実質的に被写体深度が深い撮像ができる。

　また、焦点を合わせる２つの位置を変更して複数回撮像し、得られる複数の画像データを重ね合わせて合成して１つの画像とすれば、立体的な画像を得ることができる。

　また、アライメントマークを有する２枚の透明な平板について上下に重ねた状態で位置合わせを行なう際に、上下の平板のアライメントマークの深度が異なるが、本発明の撮像装置１であれば、上下の平板のアライメントマークのそれぞれに焦点を合わせた画像を得ることができるため、平板の位置合わせが容易となる。

　また、１枚の透明な平板の表裏を検査する場合にも、平板の表裏の深度が異なるが、本発明の撮像装置１であれば、平板の表裏のそれぞれに焦点を合わせた画像を得ることができるため、平板の表裏の検査が容易となる。

　本発明は、上記実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲で様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では、一対の液晶部８ａ，８ａのそれぞれは、１つの液晶層８ｂで構成されていたが、図３に示すように、一対の液晶部８ａ，８ａのそれぞれは、複数（図示例は２つ）の液晶層８ｂで構成されていてもよい。この場合には、一対の液晶部８ａ，８ａのそれぞれが有する複数の液晶層８ｂは、光軸Ｂに対する垂直面内の液晶配向方向が同一である。なお、上記実施形態と同一の構成には、同一の符号を付し、説明を省略する。

　また、上記実施形態では、焦点合わせを実施して取得した画像を視認することを目的として構成した場合を説明したが、取得した画像を見ることによって焦点合わせを実施して、焦点が合った時の印加電圧から、液晶レンズから２つの位置までの距離、又は、２つの位置の間の距離を求めることができるように構成してもよい。

１　　　撮像装置
２　　　液晶レンズ
３　　　像拡大手段
４　　　偏光ビームスプリッター（光分離手段）
５　　　撮像手段
８ａ　　液晶部
８ｂ　　液晶層
Ｂ　　　光軸
Ｌｐ，Ｌｓ　偏光

Claims (6)

1. 　少なくとも１つの液晶層で構成される液晶部を一対有する液晶レンズを備え、前記一対の液晶部に対して相互に独立して電圧を印加可能であり、前記一対の液晶部の一方は第１偏光を屈折可能で、他方は第２偏光を屈折可能であり、前記第１偏光と前記第２偏光は偏光方向が相互に直交する撮像装置であって、
   　前記一対の液晶部を通過した前記第１偏光と前記第２偏光を相互に分離する光分離手段と、前記光分離手段によって分離された前記第１偏光と前記第２偏光のそれぞれの像を撮像する撮像手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
2. 　前記一対の液晶部と、前記光分離手段との間に、前記一対の液晶部を通過した光の像を拡大する像拡大手段が配設されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 　前記光分離手段は、前記第１偏光と前記第２偏光の一方を透過させ、他方を反射する偏光ビームスプリッターであることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 　前記一対の液晶部のそれぞれが、１つの液晶層で構成されていることを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の撮像装置。
5. 　少なくとも１つの液晶層で構成される液晶部を一対有する液晶レンズを使用し、前記一対の液晶部に対して相互に独立して電圧を印加可能であり、前記一対の液晶部の一方は第１偏光を屈折可能で、他方は第２偏光を屈折可能であり、前記第１偏光と前記第２偏光は偏光方向が相互に直交する撮像方法であって、
   　前記一対の液晶部を通過した前記第１偏光と前記第２偏光を相互に分離し、分離された前記第１偏光と前記第２偏光のそれぞれの像を撮像することを特徴とする撮像方法。
6. 　少なくとも１つの液晶層で構成される液晶部を一対有する液晶レンズの使用方法であって、
   　前記一対の液晶部に対して相互に独立して電圧を印加可能であり、前記一対の液晶部の一方は第１偏光を屈折可能で、他方は第２偏光を屈折可能であり、前記第１偏光と前記第２偏光は偏光方向が相互に直交し、
   　光軸の方向の異なる２つの位置の画像を撮像するために、前記一対の液晶部に電圧を印加することによって、前記一対の液晶部のそれぞれの焦点を前記光軸の方向の異なる２つの前記位置に合わせることを特徴とする液晶レンズの使用方法。

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