(57)【要約】【課題】  焦点距離を調整することができ、小型化、薄型化された利便性の高い撮像装置を提供することを目的とする。【解決手段】  被写体の光学的な像を電気的な画像信号として出力可能な撮像装置であって、被写体の光学的な像を形成する撮像光学系と、撮像光学系により結像される光学的な像を電気的な画像信号に変換して出力する撮像素子とを備え、撮像光学系は、入力信号に基づいて焦点距離を変化させることができる焦点距離変更手段と、焦点距離変更手段を透過した光を受光して被写体の光学的な像を形成する複数の結像レンズとを含み、結像レンズと、結像レンズが形成する光学的な像を受光する複数の受光部を有する撮像素子上の撮像領域とによりユニットが構成されており、複数のユニットが２次元に配列することにより、小型化、薄型化された焦点距離の調整が可能な利便性の高い撮像装置を提供することができる。【選択図】  図１
2006217131.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体の光学的な像を電気的な画像信号として出力可能な撮像装置であって、
被写体の光学的な像を形成する撮像光学系と、
前記撮像光学系により結像される光学的な像を電気的な画像信号に変換して出力する撮像素子とを備え、
前記撮像光学系は、入力信号に基づいて焦点距離を変化させることができる焦点距離変更手段と、前記焦点距離変更手段を透過した光を受光して前記被写体の光学的な像を形成する複数の結像レンズとを含み、
前記結像レンズと、当該結像レンズが形成する光学的な像を受光する複数の受光部を有する前記撮像素子上の撮像領域とによりユニットが構成されており、
複数の前記ユニットが２次元に配列されていることを特徴とする、撮像装置。
【請求項２】
前記焦点距離変更手段は、焦点距離を変化させる偏向素子を含むことを特徴とする、請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記偏向素子は、透過する光束を収束することが可能な液体を含むレンズであって、外部から入力される制御信号に基づいて、前記液体の形状を変化させることにより、焦点距離を変化させることを特徴とする、請求項２記載の撮像装置。
【請求項４】
前記偏向素子は、透過する光束を収束することが可能な液晶を含む屈折率分布レンズであって、
外部からの入力される制御信号に基づいて、前記屈折率分布レンズの前記屈折率分布を変化させることにより、焦点距離を変化させることを特徴とする、請求項２記載の撮像装置。
【請求項５】
複数の前記ユニットにより出力される複数の前記画像信号に基づいて、被写体像の画像信号を生成する画像合成器を備えることを特徴とする、請求項１記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複眼光学系を備える撮像装置に関し、特定的には、焦点距離の調整が可能な撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などの撮像素子および信号処理の集積度が向上し、かつ安価に提供できるようになったため、被写体の光学的な像を電気的な画像信号に変換して出力可能なデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ（以下、単にデジタルカメラという）が急速に普及している。
【０００３】
また、近年では電子機器や携帯機器の小型化に伴い、これらの装置に搭載可能なデジタルカメラが要求されている。この要望に対して、小型化、薄型化された撮像装置や光学系が提案されている。
【０００４】
その１つとして、昆虫等が持つ複眼構造を模倣した光学系を備える撮像装置が提案されている（特許文献１）。図６に示すように、複眼光学系を備えた撮像装置は、複数の結像レンズにより構成されるレンズアレイ１０１と、レンズアレイ１０１に対向して配置された平面上の撮像素子１０３と、遮光板の役割を果たす隔壁１０２とを中心に構成される。各結像レンズは、撮像素子１０３上の所定領域にそれぞれ被写体の光学的な像を結像する。これにより、レンズアレイ１０１を構成する結像レンズの個数と等しい数の低解像度の縮小画像が、撮像素子５上に形成される。単一の被写体像は、これらの複数の縮小画像に基づいて、所定の再構成処理を行うことにより再構成される。このような複眼光学系を用いることにより、光軸方向に小型化が可能となり、撮像装置全体を小型化、薄型化することが可能となる。
【０００５】
一方、特許文献２には、光路中に配置される液体レンズが開示されている。液体レンズは、導電性液体で満たされたセル内部表面に設けられた絶縁層上に、レンズの役割を果たす絶縁性液体を備える。特許文献２は、セルに印加する電圧を制御し、導電性液体の界面張力を変化させることにより、絶縁性液体の形状が変化し、レンズの焦点が変化する技術を提案している。
【０００６】
また、特許文献３は、光路中に配置される素子内に液晶を封入し、液晶に印加する電圧を制御することにより、透過光束の結像位置を光軸方向に移動させる技術を提案している。
【特許文献１】特開２００１−６１１０９号公報
【特許文献２】特開２０００−３４７００５号公報
【特許文献３】特開平１１−１０９３０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載された複眼光学系を備える撮像装置により撮像される被写体の領域は、複数の結像レンズにより構成されるレンズアレイの画角に依存する。これに対して、レンズアレイの被写体側に偏向部材を設けることにより、被写体光をレンズアレイの端部周辺に位置する結像レンズに入射させ、被写体に対する視野を確保することができる構成が提案されている。しかしながら、焦点距離は固定されているため、ズームレンズのように、焦点距離を調整することのできる撮像装置は提案されていない。
【０００８】
特許文献２に記載された液体レンズは、焦点距離を変化させるための駆動電圧を低減させることについて議論されており、他の光学系と組み合わせて、撮像装置全体を小型化することについては提案されていない。
【０００９】
また、特許文献３に記載された液晶レンズは、光通信分野において用いられる光結合器に用いられるレンズであるため、レーザ光学系が対象でありデジタルカメラのような広い波長域において用いることを議論していない。また、特許文献３に記載された液晶レンズは、光結合器に用いられるレンズであるため、デジタルカメラのように軸外光の結像が必要な光学系において用いることを議論していない。
【００１０】
そこで本発明の目的は、小型化、薄型化が可能な複眼光学系を備え、焦点距離を調整することができる利便性の高い撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の目的は、以下の構成を備えた撮像装置によって達成される。
被写体の光学的な像を電気的な画像信号として出力可能な撮像装置であって、
被写体の光学的な像を形成する撮像光学系と、
撮像光学系により結像される光学的な像を電気的な画像信号に変換して出力する撮像素子とを備え、
撮像光学系は、入力信号に基づいて焦点距離を変化させることができる焦点距離変更手段と、焦点距離変更手段を透過した光を受光して被写体の光学的な像を形成する複数の結像レンズとを含み、
結像レンズと、結像レンズが形成する光学的な像を受光する複数の受光部を有する撮像素子上の撮像領域とによりユニットが構成されており、
複数のユニットが２次元に配列されていることを特徴としている。
【００１２】
この構成により、光軸方向に小型化がされた撮像光学系とすることができるので、ズーム機能を有する小型の撮像装置を提供することができる。
【００１３】
一例として、焦点距離変更手段は、焦点距離を変化させる偏向素子を含むことを特徴としている。
【００１４】
具体例として、偏向素子は、透過する光束を収束することが可能な液体を含むレンズであって、
外部から入力される制御信号に基づいて、液体の形状を変化させることにより、焦点距離を変化させることを特徴としている。
【００１５】
この構成により、機構的な可動部分を増加させることなく、ズーム機能を有する撮像装置を提供することができる。
【００１６】
具体例として、偏向素子は、光軸に関して回転対称な屈折率分布により、透過する光束を収束ことが可能な液晶を含む屈折率分布レンズであって、外部からの入力される制御信号に基づいて、屈折率分布レンズの屈折率分布を変化させることにより、焦点距離を変化させることを特徴としている。
【００１７】
この構成により、機構的な可動部分を増加させることなく、ズーム機能を有する撮像装置を提供することができる。
【００１８】
具体例として、複数のユニットにより出力される複数の画像信号に基づいて、被写体像の画像信号を生成する画像合成器を備えることを特徴としている。
【００１９】
この構成により、各結像レンズにより形成される被写体の光学的な像は、単一の被写体像に合成される。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように、本発明は、小型化、薄型化が可能な複眼光学系を備え、焦点距離を調整することができる利便性の高い撮像装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る撮像装置の構成を示す概略図である。図１において、撮像装置は、液体レンズ２と、複眼光学系２０と、信号処理部２５と、駆動電圧制御部１６とを含む。
【００２２】
液体レンズ２は、焦点距離変更手段に相当し、焦点距離の調整が可能である。液体レンズ２は、駆動電圧制御部１６により、入力される駆動電圧が制御される。また、液体レンズ２は、絶縁性液体６と、導電性液体８と、薄膜絶縁層７と、表面処理部９と、電極１１、１２と、基材１３とを備える。絶縁性液体６と導電性液体８とは、屈折率が異なっており、また互いに混合することなく、ほぼ等しい密度を持つ。
【００２３】
液体レンズ２は、光路中に配置される。液体レンズ２のセル内部は、導電性液体８で満たされる。導電性液体８および絶縁性液体６、ガラスからなる基材１３は、それぞれ透明であり、光を透過する。図中のＡに示すように、半球面形状を保持する絶縁性液体６は、光束を収束することが可能なレンズとしての機能を有する。絶縁性液体６は、薄膜絶縁層７の撮像素子５側の表面上に配置される。また、絶縁性液体６の中心軸は、薄膜絶縁層７と直交し、液体レンズ２の光軸と等しい。電極１１は、薄膜絶縁層７の被写体側の表面に、薄膜絶縁層７を介して絶縁性液体６の領域の一部と重なるように設置される。また、もう一方の電極１２は、導電性液体８と電気的に接続されるように設置される。薄膜絶縁層７の表面は、導電性液体８に対し疎水性の性質を持ち、その表面の一部に導電性液体８に対して親水性の性質を有するような表面処理部９が形成されている。これにより、導電性液体８は、絶縁性液体６および表面処理部９のまわりに存在する。被写体光は、導電性液体８と絶縁性液体６、基材１３とをそれぞれ透過し、撮像素子側の基材１３から射出されたあと、複眼光学系２０に入射する。
【００２４】
駆動電圧制御部１６により、電極１１と電極１２との間に電圧が印加されると、薄膜絶縁層７の疎水性の性質が弱められ、導電性液体８の界面張力が変化する。すなわち、導電性液体８と薄膜絶縁層７との接触領域が増大する。それに伴い、図中Ｂに示すように、半球面形状の絶縁性液体６は、中心軸を変化することなく、曲率半径が変化し、焦点距離は短くなる。このように、絶縁性液体６の焦点距離は、印加される電圧とともに変化する。したがって、液体レンズ２は、印加する電圧を制御することにより、焦点距離を変化させることができる。
【００２５】
複眼光学系２０は、複数の結像レンズにより構成されるレンズアレイ３と、隔壁４と、撮像素子５とを中心に構成される。レンズアレイ３は、結像レンズが並列に配列されており、撮像素子５と対向して配置される。１枚の結像レンズにより光学的な像を形成する単一の光学系と比べて、各結像レンズは微小であることから、結像レンズと撮像素子５との距離は短くなる。本実施の形態において、レンズアレイ３は、単一の平面内に、それぞれＸ方向に５個、Ｙ方向に５個の合計２５個の結像レンズにより構成される。
【００２６】
撮像素子５は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）であり、結像レンズにより形成される光学的な像を電気的な信号に変換する。撮像素子５上には、入射した光束を取り入れる受光部が複数形成されている。さらに、撮像素子５上には、結像レンズの個数と等しい数の撮像領域が形成されており、１つの撮像領域には複数の受光部が含まれている。ここで、図２に示すように、各結像光学系をユニットとし、１ユニットは、１つの結像レンズと、１つの撮像領域により構成される。したがって、本実施の形態においては、２５のユニットが構成されており、これらの複数のユニットは２次元に配列される。これにより、１つの結像レンズに入射する光束は、１つの撮影領域に結像され、電気的なアナログ信号に変換される。なお、撮像素子５は、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）でもよい。
【００２７】
隔壁４は、レンズアレイ３と撮像素子５との間に遮光板としての役割を果たす。これにより、レンズアレイを構成する各結像レンズによる像が、隣接する結像レンズによる像と重なって撮像素子５に入力されることを防止することができる。
【００２８】
信号処理部２５は、Ａ／Ｄ変換器１４と、画像合成器１５とを含む。Ａ／Ｄ変換器１４は、撮像素子５により出力された電気的なアナログ信号をデジタル信号に変換する。画像合成器１５は、Ａ／Ｄ変換器１４により出力される画像信号に、後述する合成処理を施す。
【００２９】
被写体光は、液体レンズ２を透過した後、レンズアレイ３に入射する。レンズアレイ３を構成する各結像レンズは、撮像素子５上に被写体の光学的な像を形成する。このとき、被写体の縮小画像がユニットごとに結像される特許文献１の場合と異なり、本実施の形態に係る光学系は、被写体の部分画像を各ユニットの撮像素子５上にそれぞれ形成する。また、２５のユニットが構成されることから、被写体の撮影領域は２５の領域に分割され、２５個の部分画像が形成される。なお、撮像素子５上に形成される各部分画像は、結像レンズの結像作用により、部分画像の倒立像である。撮像素子５上に結像された各画像は、ＣＣＤにより電気的なアナログ信号に変換されたあと、信号処理部２５に出力される。
【００３０】
各ユニットから信号処理部２５に出力された部分画像は、Ａ／Ｄ変換器１４によりデジタル信号に変換された後、画像合成器１５により合成処理が施される。画像合成器１５は、各部分画像をそれぞれの撮影領域の中心を軸として１８０°回転させ、倒立像から正立像に変換する。そして、これらを合成し、１枚の被写体像として合成画像を出力する。この際、隣接する結像レンズの撮像範囲は一部重複していることから、重複した部分を利用することにより、周知の相関処理などのパターンマッチング手法を用いて各部分画像をつなぎ合わせる。つなぎ合わされた合成画像は、記録装置に記録され、またはモニタに表示される。
【００３１】
この構成により、複眼光学系は、被写体の部分画像をユニットごとに形成する。そして、画像合成器により、これらの合成画像である単一の被写体像を得ることができる。また、結像レンズの径は微小であることから、単一の光学系において１枚の結像レンズを用いる場合と比べて、主点の位置をずらすことができる。これにより、バックフォーカスを短くすることができ、光軸方向に小型化が可能となる。
【００３２】
次に、液体レンズ２の焦点距離と画角との関係について、図３を用いて説明する。撮像される被写体の領域は、液体レンズ２の焦点距離とともに変化する。前述したように、液体レンズ２は、駆動電圧制御部１６により印加する電圧を制御し、焦点距離を変化させ、撮像される被写体の領域を調整することができる。図３（ａ）および（ｂ）において、領域Ａ１１に含まれる被写体の部分画像は、図２に示すユニットＡ１１により、撮像素子５上に光学的な像が形成される。
【００３３】
液体レンズ２に電圧が印加されると、レンズ機能を有する絶縁性液体６の焦点距離は短くなることから、図３（ａ）に示すように、撮像する被写体の領域の広い広角画像を撮影することができる。一方、液体レンズ２に印加される電圧が低下すると、絶縁性液体６の焦点距離は長くなり、図３（ｂ）に示すように、撮像する被写体の領域の狭い望遠画像の撮影が可能となる。したがって、所望の焦点距離に応じた電圧を液体レンズ２に印加することにより、撮像される被写体の領域を変化させることができるので、機構的に可動部分が少ない構成することができる。
【００３４】
以上の構成により、実施の形態１に係る撮像装置は、液体レンズに印加する電圧を制御することにより、焦点距離を調整することができ、機構的な可動部分を増加させることなく、ズーミングが可能である。また、被写体光は、液体レンズを透過したあとレンズアレイに入射し、各結像レンズにより光学的な像が形成されるので、結像レンズと撮像素子との距離を短くすることができる。したがって、光軸方向に小型化されたズーミングが可能な利便性の高い撮像装置を提供することができる。
【００３５】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２に係る撮像装置の液晶レンズおよび液晶レンズ駆動制御部の概略図及びブロック図である。実施の形態２に係る撮像装置は、実施の形態１に係る撮像装置と異なり、焦点距離変更手段としての偏向素子は、液体レンズの代わりに液晶レンズを用いる点で異なる。以下、実施の形態１と異なる箇所について説明する。
【００３６】
液晶レンズ３１は、被写体側から順に、中央に円形開口３４を持つ電極３２と、中央に円形開口３５を持つ電極３３と、電極３２と電極３３との間に充填された液晶層３０とを含む。図４において、被写体側からの光束は、円形開口３４から入射され、液晶層３０を透過して、円形開口３５から射出されて、撮像素子５に至る。
【００３７】
電極３２は、光軸方向に直交する平面内で光軸を中心に４等分に分割された４つの電極、電極３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄとからなる。電極３３も同様に、光軸方向に直交する平面内で光軸を中心に４等分に分割された４つの電極、電極３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄとからなる。電極３２ａ及び電極３３ａ、電極３２ｂ及び電極３３ｂ、電極３２ｃ及び電極３３ｃ、電極３２ｄ及び電極３３ｄは、それぞれ光軸方向に対向して配置される。なお、電極３２の被写体側と、電極３３の像側には、図示しない透明保護部材が配置され、液晶層３０が外部に漏れないように封印する。
【００３８】
液晶層３０は、ネマチック液晶などの公知の液晶材料からなる。なお、図示しない透明保護部材、電極３２及び３３は、液晶層３０の液晶分子が、電極間に電圧が印加されない状態において、光軸に直交する方向に配列するようにラビング処理が施されている。
【００３９】
液晶レンズ駆動制御部５０は、Ｖ１電圧制御部３８と、Ｖ２電圧制御部３９と、Ｖ３電圧制御部４０と、Ｖ４電圧制御部４１と、駆動電圧演算部４２と、不揮発性メモリ４３とを含む。Ｖ１電圧制御部３８は、電極３２ａと電極３３ａとの間に液晶駆動電圧Ｖ１を供給する。同様に、Ｖ２電圧制御部３９は、電極３２ｂと電極３３ｂとの間に液晶駆動電圧Ｖ２を、Ｖ３電圧制御部４０は、電極３２ｃと電極３３ｃとの間に液晶駆動電圧Ｖ３を、Ｖ４電圧制御部４１は、電極３２ｄと電極３３ｄとの間に液晶駆動電圧Ｖ４をそれぞれ供給する。
【００４０】
駆動電圧演算部４２は、ズーム制御部３６から出力されるズーム制御信号と、温度センサ３７から出力される温度に関する信号とがそれぞれ入力される。また、駆動電圧演算部４２は、不揮発性メモリ４３に格納されているデータを呼び出して入力することが可能である。駆動電圧演算部４２は、これらの信号と不揮発性メモリ４３に格納されているデータ基づいて、液晶駆動電圧Ｖ１〜Ｖ４を演算する。そして、駆動電圧演算部４２は、演算結果に基づいて、Ｖ１電圧制御部３８と、Ｖ２電圧制御部３９と、Ｖ３電圧制御部４０と、Ｖ４電圧制御部４１とにそれぞれ、液晶駆動電圧Ｖ１〜Ｖ４に対応する制御信号を出力する。
【００４１】
不揮発性メモリ４３は、電源投入時に供給すべき液晶駆動電圧Ｖ１〜Ｖ４の初期値と、撮像装置の環境温度が変化した場合の温度補正テーブルとを予め格納する。不揮発性メモリ４３は、駆動電圧演算部４２からの要求に応じて、格納されているデータを呼び出す。
【００４２】
次に、液晶レンズ３１の原理を説明する。前述のように、液晶レンズ３１は、液晶駆動電圧Ｖ１〜Ｖ４がすべてゼロである場合、光学的には一応な一定屈折率の平板と等価である。したがって、液晶レンズ３１は、レンズ素子として機能しない。
【００４３】
この状態で、各電極に液晶駆動電圧Ｖ１〜Ｖ４を印加すると、液晶層３０の液晶分子の配列方向が変化する。このとき、電極３２と電極３３との対向部分にある液晶分子は、液晶駆動電圧により配列方向が変化しｚ方向に配列する。一方、円形開口３４及び円形開口３５の中心付近にある液晶分子は、液晶駆動電圧の影響はうけず、配列方向は変化しない。これを全体としてみれば、液晶層３０の各電極に液晶駆動電圧Ｖ１〜Ｖ４が印加されると、電極３２と電極３３との対向部分から円形開口３４及び円形開口３５の中心に向かうにしたがって、液晶分子の配列方向はｚ方向に平行な状態からｚ方向に直交する状態へ連続的に変化する。
【００４４】
液晶分子の配列方向は、屈折率変化に対応する。すなわち、液晶分子がｚ方向に平行な状態は、液晶分子がｚ方向に直交する状態より屈折率が低い。したがって、液晶層３０の各電極に液晶駆動電圧Ｖ１〜Ｖ４が印加されると、液晶レンズ３１は、液晶分子の配列方向に応じた屈折率分布型のレンズ素子となる。
【００４５】
図５は、本発明の実施の形態２に係る撮像装置の液晶レンズの印加電圧と光軸方向に直交する方向の屈折率分布図である。なお、図５の各図は、いずれも円形開口３５の中心を座標原点とし、原点を含むｙｚ平面（すなわち、電極３２ａと電極３２ｂとの境界部，電極３２ｃと電極３２ｄとの境界部，電極３３ａと電極３３ｂとの境界部，電極３３ｃと電極３３ｄとの境界部を含む平面）における屈折率分布を示している。
【００４６】
図５（ａ）は、液晶駆動電圧Ｖ１＝Ｖ２＝Ｖ３＝Ｖ４の場合における直径方向の屈折率分布を示す。前述のように、各電極に等しい液晶駆動電圧を印加した場合、液晶レンズ３１は、円形開口３４及び円形開口３５の中心の屈折率が高く、中心から離れるに従って屈折率が低下する屈折率分布型のレンズ素子となる。このとき、液晶レンズ３１に入射した光束は、液晶層３０の屈折率分布により通常のレンズ素子を透過した場合と同様に複眼光学系２０に入射し、ユニットごとに被写体の光学的な像を形成する。
【００４７】
図５（ｂ）は印加電圧Ｖ１＝Ｖ２＝Ｖ３＝Ｖ４で、図５（ｂ）の場合より、各電圧を一様に上げた場合における直径方向の屈折率分布図を示す。各電圧の値を一様に大きくした場合、印加される液晶駆動電圧が円形開口の内部へより大きな影響を与えるようになる。このため、屈折率の絶対値は、図５（ｂ）の場合が、図５（ａ）の場合より小さくなる。この状態は、レンズ素子の焦点距離が変化することと等価であるから、屈折率分布の変化量をズームによる焦点距離調整と対応させることにより、ズーミングを行うことができる。
【００４８】
以上の構成において、撮像装置の電源が投入されると、システム制御部１７からの命令により、液晶レンズ駆動制御部５０の駆動電圧演算部４２は、不揮発性メモリ４３に格納されている液晶駆動電圧の初期値を呼び出す。また、駆動電圧演算部４２は、温度センサ３７から出力される環境温度に関する制御信号を参照して、不揮発性メモリ４３に格納された温度補正テーブルから対応する環境温度の値を呼び出す。駆動電圧演算部４２は、呼び出された初期値と温度補正テーブルから特定された液晶駆動電圧Ｖ１〜Ｖ４を各電極に印加する。印加された各液晶駆動電圧により、液晶レンズ３１は所定の焦点距離を持つレンズ素子として機能し、液晶レンズ３１と複眼光学系２０とは、各ユニットの撮像素子５上に被写体の光学的な像を形成する。このとき、実施の形態１と同様に、結像レンズの結像作用により、被写体の部分画像の倒立像が、それぞれ撮像素子５上に形成される。撮像素子５上に結像された各画像は、ＣＣＤにより電気的なアナログ信号に変換されたあと、Ａ／Ｄ変換器１４によりデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器１４によりデジタル信号に変換された後、部分画像は画像合成器１５により合成処理が行われる。
【００４９】
システム制御部１７からの命令により、焦点距離変更が指示されると、ズーム制御部３６は、所望の焦点距離を演算する。ズーム制御部３６は、演算結果から、液晶レンズ３１の焦点距離を変更するためのズーム制御信号を生成し、駆動電圧演算部４２へ出力する。駆動電圧演算部４２は、ズーム制御信号と温度補正テーブルから液晶駆動電圧Ｖ１〜Ｖ４を演算し、各電極に印加する。この結果、液晶レンズ３１の焦点距離が変化し、焦点距離の変更が行われる。
【００５０】
以上の構成により、実施の形態２に係る撮像装置において、液晶レンズは、入力される駆動信号に基づいて、その焦点距離を変化させることが可能であるので、機構的な可動部分を増加させることなくズーミングを行うことができる。また、被写体光は、液晶レンズを透過したあと、複眼光学系により光学的な像が形成されるので、結像レンズと撮像素子との距離を短くすることができ、小型化された撮像装置を提供することができる。
【００５１】
また、実施の形態２に係る撮像装置は、撮像装置の環境温度を検知する温度センサを備え、レンズ駆動制御部は、温度センサが検知した環境温度に基づいて、可変レンズを駆動するための駆動信号を補正するので、環境温度の変化による光学性能の劣化を補正することができる。
【００５２】
また、実施の形態２に係る撮像装置は、不揮発性メモリを備え、不揮発性メモリに屈折率分布の初期値が格納されているので、電源投入の後迅速に使用可能状態にすることができるともに、量産時に発生する撮像装置の焦点距離や像点位置の固体差を初期値により補正することができる。また、実施の形態２に係る撮像装置は、不揮発性メモリを備え、不揮発性メモリに環境温度の変化に対応する補正値が格納されているので、環境温度が変化しても良好な光学性能を達成することができる。
【００５３】
なお、焦点距離変更手段は、実施の形態１および２に示した偏向素子に限られず、複眼光学系の被写体側にレンズ系や反射ミラーを配置してもよい。
【００５４】
また、レンズ系は、単一あるいは複数のレンズ群としてもよい。この場合において、レンズ群同士あるいはレンズ群と反射ミラーとの相対的な距離を調整することにより、焦点距離を変化させることができる。
【００５５】
また、各レンズ群は、単一あるいは複数のレンズ素子を配置してもよい。また、各レンズ群のうち、レンズ素子の少なくとも１つを回折レンズとしてもよい。回折レンズを用いることにより、光軸方向に小型化することができる。
【００５６】
なお、実施の形態１および２に係る撮像装置において、各結像レンズにより結像される被写体像は、被写体の部分画像としたが、これに限られない。各結像レンズと等しい数の被写体の縮小画像を撮像素子上に形成させてもよい。これらの縮小画像を合成することにより、単一の被写体像を得ることができる。
【００５７】
なお、実施の形態１および２に係る撮像装置において、レンズアレイを構成する結像レンズは５×５の２５個としたが、これに限られない。結像レンズは５×４の２０個など正方配列でなくてもよい。
【００５８】
なお、ユニットの２次元の配列とは、実施の形態１および２に示した、単一の平面上に限られず仮想球面などの曲面上でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の撮像装置は、小型化、薄型化が要望されている、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、カメラ機能付きの携帯電話端末およびＰＤＡ、さらに監視装置などに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】実施の形態１に係る撮像装置の構成を示す概略図
【図２】実施の形態１に係る複眼光学系の構成を示す概略図
【図３】実施の形態１に係る液体レンズと撮像領域との関係図
【図４】実施の形態２に係る撮像装置の構成を示す概略図
【図５】実施の形態２に係る撮像装置の液晶レンズの印加電圧と光軸方向に直交する方向の屈折率分布図
【図６】複眼光学系の構成を示す図
【符号の説明】
【００６１】
１  撮像装置
２  液体レンズ
３  レンズアレイ
４  隔壁
５  撮像素子
６  絶縁性液体
７  薄膜絶縁層
８  導電性液体
９  表面処理部
１０  接触領域
１１  電極
１２  電極
１３  基材
１４  Ａ／Ｄ変換器
１５  画像合成器
１６  駆動電圧制御部
１７  システム制御部
２０  複眼光学系
２５  信号処理部
３０  液晶層
３１  液晶レンズ
３２  電極
３３  電極
３４  円形開口
３５  円形開口
３６  ズーム制御部
３７  温度センサ
３８  Ｖ１電圧制御部
３９  Ｖ２電圧制御部
４０  Ｖ３電圧制御部
４１  Ｖ４電圧制御部
４２  駆動電圧演算部
４３  不揮発性メモリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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