(57)【要約】【課題】小型化及び省エネルギー性を図りつつ、パノラマ風景を所望の形態に幾何学変換し得るパノラマ撮像装置を提案する。【解決手段】パノラマ風景を取得して幾何学変換処理部３に入射させるパノラマ情報取得部２を備え、幾何学変換処理部３は、液晶分子３５が封入された液晶レンズ層２３を第１基板２１と第２基板２２との間に備え、この液晶レンズ層２３に与えられる外部刺激たる電圧により液晶分子３５を配向制御し、液晶分子３５の配向変化によりパノラマ風景を幾何学変換させるようにしたことにより、従来のようなレンズを移動させるメカニカルな可動機構を設置するための収納スペースや、レンズ自体を移動させるための移動スペース、さらにはメカニカルな可動機構を動かす大掛かりな機械的機構が不要となり、その分だけ小型化及び省エネルギー性の向上を図れ、かつパノラマ風景を所望の形態に幾何学変換し得る。【選択図】図１
2013182219.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パノラマ風景を取得して幾何学変換処理部に入射させるパノラマ情報取得部を備え、
前記幾何学変換処理部は、
屈折率変化手段が封入された屈折率変化層を第１基板と第２基板との間に有し、前記屈折率変化層に与えられる外部刺激により前記屈折率変化手段を配向制御して、該屈折率変化手段の配向変化により前記パノラマ風景を幾何学変換させる
ことを特徴とするパノラマ撮像装置。
【請求項２】
前記幾何学変換処理部は、
前記屈折率変化層が液晶レンズ層であり、前記屈折率変化手段が液晶分子であり、
前記第１基板には第１電極を有し、前記第２基板には第２電極を有しており、
前記外部刺激として前記第１電極及び第２電極間に電圧が印加されることにより、前記液晶分子を配向制御し、光束を前記液晶分子により屈折させて前記パノラマ風景を幾何学変換させる
ことを特徴とする請求項１記載のパノラマ撮像装置。
【請求項３】
前記幾何学変換処理部は、
前記第１電極には、規則的に配置された複数の拡大・縮小用電極が設けられており、
前記複数の拡大・縮小用電極のうち、一又は複数の選択された拡大・縮小用電極にだけ電圧が印加されることで、前記一又は複数の選択された拡大・縮小用電極に対向する前記液晶分子を配向制御し、前記光束を前記液晶分子により屈折させ前記パノラマ風景を拡大及び又は縮小させる
ことを特徴とする請求項２記載のパノラマ撮像装置。
【請求項４】
前記幾何学変換処理部は、
前記第１電極は、規則的に配置された複数の回転用電極が設けられており、
前記複数の回転用電極に電圧が印加されることで、前記回転用電極に対向する前記液晶分子を配向制御し、前記光束を前記液晶分子により屈折させ前記パノラマ風景を回転させる
ことを特徴とする請求項２又は３記載のパノラマ撮像装置。
【請求項５】
前記幾何学変換処理部は、
前記第２電極から前記第１電極へのバイアス電圧が印加されることで、前記第１電極及び前記第２電極間の前記液晶分子を配向制御し、前記光束を前記液晶分子により屈折させ前記パノラマ風景を平行移動させる
ことを特徴とする請求項２〜４のうちいずれか１項記載のパノラマ撮像装置。
【請求項６】
前記パノラマ情報取得部は、
前記パノラマ風景を反射させて前記幾何学変換処理部に入射させる複数の反射ミラーを備え、前記反射ミラーのうち、最終的に前記幾何学変換処理部へ前記パノラマ風景を入射させる末端反射ミラーの反射面が平面状に形成されている
ことを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項記載のパノラマ撮像装置。
【請求項７】
前記パノラマ情報取得部は、
前記パノラマ風景から得られる可視光や、赤外線、光電磁波、磁気、電気、電子、量子をパノラマ情報として前記幾何学変換処理部に入射する
ことを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項記載のパノラマ撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパノラマ撮像装置に関し、例えば広範囲の視野風景（以下、パノラマ風景という）を撮像する際に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、防犯のために設置されるディジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置としては、監視すべき空間全ての範囲が一目で分かるように、周囲360°の広範囲のパノラマ風景をパノラマ画像として撮像可能なパノラマ撮像装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この種のパノラマ撮像装置では、必要最小限の情報量で広範囲に亘って周辺環境を観察できるだけでなく、所定領域だけを詳細に観察できるパノラマ画像を得ることも求められている。
【０００３】
ところで、近年では、画像の情報量を増加させることなく、広い視野を観察でき、かつ画角内に明確な高解像度の中心部分（以下、これを注目領域と呼ぶ）で詳細な観察が行える広角レンズ（以下、これを広角中心窩レンズと呼ぶ）も考えられている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
そこで、上述したパノラマ撮像装置に広角中心窩レンズを装着させたパノラマ撮像装置も考えられる。このようなパノラマ撮像装置では、広角中心窩レンズによって、パノラマ画像の情報量を増加させることなく、広い視野を観察可能であって、かつ画角内の注目領域の詳細な観察も行え得るものとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００２−５１５９８４号公報
【特許文献２】特表２０１０−５３００８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、かかる構成でなる広角中心窩レンズを用いたパノラマ撮像装置では、画角内に高解像度の注目領域を中心部分にのみ有することから、パノラマ撮像装置を固定させた状態で、画角内に存在する被写体像（以下、注目像とも呼ぶ）を詳細に観察したいとき、モータ等の大掛かりな可動機構でレンズ光軸（これを視線とも呼ぶ）を移動させ、広角中心窩レンズの注目領域を注目したい注目像に合わせる必要がある。
【０００７】
そのため、かかる広角中心窩レンズを用いたパノラマ撮像装置には、広角中心窩レンズを移動させるメカニカルな可動機構を設置するための収納スペースや、広角中心窩レンズ自体を移動させるための移動スペースが必要となり、その分だけ小型化の向上が図り難いという問題があった。また、このパノラマ撮像装置では、メカニカルな可動機構を動かす大掛かりな機械的機構も必要であるため、その分だけ省エネルギー性の向上が図り難いという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は以上の点を考慮してなされたもので、小型化及び省エネルギー性を図りつつ、パノラマ風景を所望の形態に幾何学変換し得るパノラマ撮像装置を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる課題を解決するため本発明の請求項１はパノラマ風景を取得して幾何学変換処理部に入射させるパノラマ情報取得部を備え、前記幾何学変換処理部は、屈折率変化手段が封入された屈折率変化層を第１基板と第２基板との間に有し、前記屈折率変化層に与えられる外部刺激により前記屈折率変化手段を配向制御して、該屈折率変化手段の配向変化により前記パノラマ風景を幾何学変換させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、従来のようなレンズを移動させるメカニカルな可動機構を設置するための収納スペースや、レンズ自体を移動させるための移動スペース、さらにはメカニカルな可動機構を動かす大掛かりな機械的機構が不要となり、その分だけ従来よりも小型化及び省エネルギー性を図れ、かつパノラマ風景を所望の形態に幾何学変換し得るパノラマ撮像装置を提案することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】パノラマ撮像装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】一部拡大処理により解像度を向上させたパノラマ投影画像を示した写真である。
【図３】図２に示すパノラマ投影画像を展開して歪を修正したパノラマ展開画像を示した写真である。
【図４】回転処理後のパノラマ投影画像を示す写真である。
【図５】図４に示すパノラマ投影画像を展開して歪を修正したパノラマ展開画像を示した写真である。
【図６】幾何学変換処理部内の各構成と、第３反射ミラーと、撮像素子との配置関係の説明に供する概略図である。
【図７】幾何学変換処理部の全体構成を示す概略図である。
【図８】幾何学変換レンズ用液晶レンズの側断面構成を示す概略図である。
【図９】ITO電極層の全体構成を示す概略図である。
【図１０】拡大処理時における液晶分子の配向状態と、回転処理時における液晶分子の配向状態とを示す概略図である。
【図１１】電極セルの全体構成を示す概略図である。
【図１２】他の実施の形態によるマイクロ液晶レンズセルの側断面構成を示す概略図である。
【図１３】初期状態でのマイクロ液晶レンズセルにおける液晶分子の配向状態を示す上面図と側断面図である。
【図１４】拡大処理時のマイクロ液晶レンズセルにおける液晶分子の配向状態を示す側断面図である。
【図１５】回転処理時のマイクロ液晶レンズセルにおける液晶分子の配向状態を示す上面図である。
【図１６】他の実施の形態によるパノラマ撮像装置の全体構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下図面に基づいて本発明の実施の形態を詳述する。
【００１３】
（１）パノラマ撮像装置の概略
図１において、１はパノラマ撮像装置を示し、このパノラマ撮像装置１は、パノラマ情報取得部２と、幾何学変換処理部３と、撮像部４と、画像処理部５と、表示部６とを備え、幾何学変換処理部３、撮像部４及び画像処理部５が制御部７に接続された構成を有する。ここで、パノラマ情報取得部２は、パノラマ撮像装置１周辺360°の視野風景（以下、これをパノラマ風景とも呼ぶ）が円環状に映った投影パノラマ画像を、幾何学変換処理部３に入射し得るようになされている。
【００１４】
実際上、パノラマ情報取得部２は、底部が開口されたすり鉢形状（截頭円錐形状）の第１反射ミラー１０と、この第１反射ミラー１０の下方に配置され、同じく底部が開口されたすり鉢形状の第２反射ミラー１１と、この第２反射ミラー１１の上方に配置された円盤形状の第３反射ミラー１２とからなり、第１反射ミラー１０、第２反射ミラー１１及び第３反射ミラー１２の各中心軸を一致させ、これら中心軸が鉛直方向に沿って配置された構成を有する。また、パノラマ情報取得部２は、第１反射ミラー１０の側面方向のパノラマ風景を第１反射ミラー１０によって下方の第２反射ミラー１１に向けて反射させた後、第２反射ミラー１１によって当該パノラマ風景を上方の第３反射ミラー１２に向けて反射させ、最終的に第３反射ミラー１２によって当該パノラマ風景を幾何学変換処理部３へ向けて入射させ得る。
【００１５】
ここで、第１反射ミラー１０は、外側面にミラーが配置された構成を有し、当該外側面に映ったパノラマ風景を、下方の第２反射ミラー１１の内側面に向けて反射させるよう、外側面の傾斜角度が調整されている。第２反射ミラー１１は、内側面にミラーが配置された構成を有し、当該内側面に映ったパノラマ風景を、上方の中央領域に配置された第３反射ミラー１２の下面に向けて反射させるよう、内側面の傾斜角度が調整されている。第３反射ミラー１２は、平面状でなる下面にミラーが配置された構成を有し、当該下面に映ったパノラマ風景を、絞り部１３を介して下方の幾何学変換処理部３へ向けて反射させるようになされている。
【００１６】
ここで、幾何学変換処理部３に接続された制御部７は、マイクロコンピュータの構成を有し、主にCPU（Central Processing Unit）、メモリ及びROM（Read Only Memory）等を備え、ROMに格納されるプログラムを読み出し、当該プログラムをCPUで実行することによって、各種機能を実現する。因みに、この制御部７には、拡大指令ボタンや、縮小指令ボタン、回転指令ボタン等を含む各種ボタンの他、表示部６に表示される画像内の所定領域を拡大領域や縮小領域等としてカーソルで指定し得るマウス等を備えた操作部（図示せず）が接続されている。制御部７は、各種ボタンやマウス等の操作部に対するユーザの入力操作に応答して、各回路部を制御し、各種動作を実現し得る。
【００１７】
例えば、制御部７は、ユーザが操作部に対し入力操作することにより与えられた拡大指令命令や縮小指令命令、回転指令命令を当該操作部から受け取ると、これに応じて拡大指令信号や、縮小指令信号、回転指令信号を生成し、これを幾何学変換処理部３に送出する。ここで、幾何学変換処理部３は、パノラマ情報取得部２から入射された光束を、後述する入力側レンズ群、集光レンズ及び出力側レンズ群を透過させて撮像部４に対して出射し、これを撮像部４の撮像素子１５に結像させ得る。
【００１８】
この際、幾何学変換処理部３は、制御部７から拡大指令信号や、縮小指令信号、回転指令信号を受け取っていると、内部に設けた液晶レンズ層（後述する）内の液晶分子が、当該拡大指令信号や、縮小指令信号、回転指令信号に応じて配向状態を変化させ、当該液晶レンズ層の屈折率が変化し得る。これにより幾何学変換処理部３は、パノラマ風景を示す光束を液晶分子により屈折させ、一又は複数箇所を拡大又は縮小させたり、或いは光束全体を回転させ、拡大、縮小又は回転されたパノラマ風景を撮像部４の撮像素子１５に結像させ得る。なお、この実施の形態の場合、撮像部４は、撮像素子１５が水平状に配置されており、上方に配置された幾何学変換処理部３から光束が鉛直方向から入射し得るようになされている。
【００１９】
撮像部４は、撮像素子１５に結像されたパノラマ風景の露光（光電変換による電荷蓄積）を行い、当該パノラマ風景に係る画像信号を生成し、これを画像処理部５に送出し得る。ここで、画像処理部５は、幾何学変換処理部３により例えば一部が拡大処理された画像信号を、撮像部４から受け取ると、補正処理を行い、パノラマ風景のうち幾何学変換処理部３により拡大処理された箇所を縮小して元の倍率へと補正し、これを補正画像信号として表示部６に送出する。これにより、表示部６には、図２に示すように、全体の倍率が揃い、かつ360°のパノラマ風景が円環状に表示されたパノラマ画像（以下、これをパノラマ投影画像と呼ぶ）I1が表示され得る。この際、表示部６に表示されるパノラマ投影画像I1のうち、幾何学変換処理部３により光学的に一度拡大された注目領域AR1は、解像度が向上しており、その部分だけがより詳細となったパノラマ投影画像I1をユーザに提示し得る。
【００２０】
また、画像処理部５は、操作部により入力された画像展開命令が制御部７を介して与えられると、補正画像信号に画像展開処理を施すことにより展開画像信号を生成し、これを表示部６に送出する。これにより、表示部６には、展開画像信号に基づいて、パノラマ投影画像I1を所定の分離線B1にて分離し、図３に示すように、パノラマ投影画像I1が長方形状に展開され、かつ360°のパノラマ風景を一端から他端に亘って歪がないよう補正したパノラマ画像（以下、これをパノラマ展開画像と呼ぶ）I2が表示され得る。
【００２１】
実際上、このパノラマ撮像装置１は、図２に示すようなパノラマ投影画像I1を生成するとき、先ず初めに、パノラマ情報取得部２で得られたパノラマ風景を撮像部４の撮像素子１５に結像させて画像信号を生成し、これを画像処理部５にて修正等することなくそのまま表示部６に送出する。これにより表示部６には、画像信号に基づいて、拡大も縮小も回転もされていないパノラマ投影画像が表示され得る。
【００２２】
ユーザは、表示部６に表示されたパノラマ投影画像内において、図２に示したように、例えばパノラマ投影画像I1内の人物像H1の領域だけを注目領域AR1として解像度を高くしたいとき、操作部の入力操作により人物像H1を注目領域AR1としてカーソル等により指定した後、拡大指令命令を与える。これによりパノラマ撮像装置１では、制御部７から幾何学変換処理部３に拡大指定命令が与えられ、当該幾何学変換処理部３により注目領域AR1に相当する箇所の光束を屈折させて光学的に拡大し、この光束を基に撮像部４により得られた画像信号を画像処理部５に送出する。
【００２３】
パノラマ撮像装置１は、幾何学変換処理部３により拡大された注目領域AR1を、画像処理部５によって幾何学変換処理部３での拡大率と同じ倍率分だけ縮小して元の倍率に戻した画像信号を生成し、これを表示部６に送出する。これにより、表示部６には、図２に示すように、全体的に倍率が同じであって、人物像H1の箇所だけ解像度が高い注目領域AR1が形成され、これら注目領域AR1以外の他の領域の解像度が低くなったパノラマ投影画像I1が表示され得る。なお、ここで、図２において、注目領域AR1以外の領域では、液晶レンズ層内の液晶分子の配向状態が、注目領域AR1内を拡大させるための配向状態となっていることから、その影響で光束が屈折して解像度が低下している。
【００２４】
因みに、画像処理部５は、例えば幾何学変換処理部３により一部が縮小処理された画像信号を撮像部４から受け取ると、画像信号に補正処理を行い、幾何学変換処理部３により縮小処理された箇所を拡大して元の倍率へと補正し、これを表示部６に送出する。これにより、表示部６には全体の倍率が揃ったパノラマ投影画像が表示され得る。なお、この際、表示部６に表示されるパノラマ投影画像のうち、幾何学変換処理部３により光学的に一度縮小された箇所は、解像度が低下しており、パノラマ投影画像全体のデータ量を低減し得る。
【００２５】
ところで、画像処理部５は、画像信号に補正処理を施すことにより、図２に示すパノラマ投影画像I1を分離線B1から分離して長方形状に展開し、かつパノラマ投影による歪を補正して、図３に示すような歪のないパノラマ展開画像I2を最終的に生成し得るようになされている。この際、パノラマ投影画像I1の分離線B1を跨ぐように注目領域AR1が指定された場合には、画像展開処理によって注目領域AR1が分割されてしまい、パノラマ展開画像I2の両端に分離した注目領域AR1がそれぞれ表れてしまう。その結果、パノラマ撮像装置１は、図３に示すように、ユーザにとって注目領域AR1を認識し難いパノラマ展開画像I2を生成し得ることになる。
【００２６】
そこで、本発明のパノラマ撮像装置１は、例えば図２に示すようなパノラマ投影画像I1に対し、幾何学変換処理部３において光学的な回転処理を実行することにより、図４に示すように、パノラマ投影画像Ｉ1（図２）全体が中心点を回転軸として所定角度に回転させ、注目領域AR1から分離線B1をずらしたパノラマ投影画像I3を生成し得、これを表示部６に表示し得る。その結果、パノラマ撮像装置１は、パノラマ投影画像I3からパノラマ展開画像を生成した際、図５に示すように、例えば注目領域AR2内にある人物像の顔等の特に注目したい箇所が分離線B1からずれ、パノラマ展開画像I4の両端に離れて表示されてしまうことを回避させ、ユーザが視認し易い注目領域AR2をパノラマ展開画像I4内に生成し得る。
【００２７】
なお、図５は、図２に示すパノラマ投影画像I1を時計回りに10°回転させたパノラマ投影画像I3（図４）を生成し後、歪みを除去した非一様な解像度をもつパノラマ展開画像I4である。このようにパノラマ撮像装置１は、注目領域AR2のうち重要箇所が分離線B1に跨がないようにしたパノラマ展開画像I4を生成することで、このパノラマ展開画像I4内の注目領域AR2のうち途切れさせたくない重要箇所を、図示しない検知装置や認証装置等でのパターンマッチング等に用いることも可能となる。
【００２８】
この場合、このように光学系内での光の速さでの回転処理を実行することにより生成したパノラマ投影画像I3やパノラマ展開画像I4を用いることで、検知装置や認証装置等にて画像の途切れを修正する修正処理が不要となり、その分、当該検知装置や認証装置等でのアプリケーションの負荷軽減を行うことができる。
【００２９】
実際上、このパノラマ撮像装置１では、回転処理されたパノラマ投影画像I3を生成する際、幾何学変換処理部３における液晶分子により、パノラマ情報取得部２からの光束全体が屈折されて回転され、この光束全体が回転された出射光に基づくパノラマ風景が撮像部４の撮像素子１５に結像され得る。撮像部４は、撮像素子１５に結像されたパノラマ風景の露光（光電変換による電荷蓄積）を行い、当該パノラマ風景に係る画像信号を生成して、これを画像処理部５に送出し、当該画像処理部５にて補正処理等を行うことなく画像信号をそのまま表示部６に送出し得る。これにより、表示部６には、中心点を回転軸として全体が所定角度に回転したパノラマ投影画像が表示され得る。
【００３０】
（２）幾何学変換処理部の構成
次に、光学的な拡大処理、縮小処理及び回転処理を行える幾何学変換処理部３について、以下具体的に説明する。ここで、このパノラマ撮像装置１では、図６に示すように、パノラマ風景の光束を幾何学変換処理部３に入射させる末端の第３反射ミラー１２（末端反射ミラー）が平面状に形成されており、さらに幾何学変換処理部３内の各構成の配置が、第３反射ミラー１２及び撮像素子１５との関係で規定したことにより、幾何学変換処理部３における制御を簡略化し得るようになされている。
【００３１】
この場合、幾何学変換処理部３は、入力側レンズ群１８ａと、出力側レンズ群１８ｂと、これら入力側レンズ群１８ａ及び出力側レンズ群１８ｂ間に配置され、両凸状の集光レンズ２４とを備えており、第３反射ミラー１２に対向するように入力側レンズ群１８ａが配置され、撮像素子１５と対向するように出力側レンズ群１８ｂが配置された構成を有する。
【００３２】
パノラマ撮像装置１は、光学系の中心に配置される集光レンズ２４の焦点距離をfとすると、第３反射ミラー１２から入力側レンズ群１８ａまでの距離ｆ1と、入力側レンズ群１８ａから集光レンズ２４までの距離ｆ2と、集光レンズ２４から出力側レンズ群１８ｂまでの距離ｆ3と、出力側レンズ群１８ｂから撮像素子１５までの距離ｆ4とがそれぞれ上述した距離ｆと同じ距離に配置されている。
【００３３】
ここでは、入力側レンズ群１８aの焦点距離を局所的に制御して、当該入力側レンズ群１８ａを多焦点凸レンズとするものとする。すなわち、パノラマ風景内の一部分を拡大する場合には、拡大させるある任意の部分の焦点距離を他の箇所よりも長くする。このとき、出力側レンズ群１８ｂは、多焦点凹レンズとし、入力側レンズ群１８aの焦点距離を長くした箇所に対応する箇所の焦点距離を、他の箇所よりも短くなるように制御する。これにより幾何学変換処理部３は、意図したように局所的な任意の箇所を拡大した像を撮像素子１５に結像させることができる。
【００３４】
同様に入力側レンズ群１８aの焦点距離を、非一様に凸レンズや凹レンズとして変化させたときには、それに対応する非一様な凹レンズや凸レンズの焦点距離となるように出力側レンズ群１８ｂを制御することで、例えば複数点周りを同時に拡大したような任意の非一様な拡大率をもつ像を、撮像素子１５に結像させることができる。このように幾何学変換処理部３は、第３反射ミラー１２を平面状とし収差のないパノラマ風景が入射されるようにし、かつ入力側レンズ群１８ａと出力側レンズ群１８ｂと集光レンズ２４の各配置位置を調整したことで、入力側レンズ群１８aの焦点距離分布に対応する出力側レンズ群１８ｂの焦点距離の分布が、極めて簡便な演算により算出させることができ、かくして入力側レンズ群１８ａと出力側レンズ群１８ｂの制御が簡略となる。
【００３５】
次に、この幾何学変換処理部３の詳細な構成について説明する。図７に示すように、幾何学変換処理部３は、第３反射ミラー１２から図示しない絞り１３（図６）を介して得られた光束が、入力側レンズ群１８ａ、集光レンズ２４及び出力側レンズ群１８ｂを順に通過し、撮像部４の撮像素子１５に結像し得るようになされている。
【００３６】
幾何学変換処理部３は、例えば、入力側レンズ群１８ａが２つの幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０a，２０ｂから構成されているとともに、出力側レンズ群１８ｂも２つの幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ｃ，２０ｄから構成され、各幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０a，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄに駆動回路１６が接続されている。
【００３７】
ここで、駆動回路１６は、拡大率指令電圧、縮小率指令電圧又は回転指令電圧を幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０a，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄに印加することにより、第１基板２１及び第２基板２２間にある液晶レンズ層２３内に密封された液晶分子の配向状態を変化させ、幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０a，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの屈折率を液晶分子により変化させ得る。
【００３８】
実際上、この駆動回路１６は、基準電圧配線２５が幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０a，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの基準電極３０にそれぞれ接続されているとともに、第１配線群２６及び第２配線群２７が幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０a，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄのITO（Indium Tin Oxide）電極層３１にそれぞれ接続されている。これにより各幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０a，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、基準電圧配線２５、第１配線群２６及び第２配線群２７を介して駆動回路１６から基準電極３０及びITO電極層３１間に、配向した液晶分子のプレチルト角を補償する電圧が印加されると、液晶レンズ層２３内における全ての液晶分子を液晶レンズ面に平行かつ基本配向方向の一方向に揃えて配向し得る。
【００３９】
ここで、この実施の形態の場合、幾何学変換処理部３は、入力側レンズ群１８ａ及び出力側レンズ群１８ｂにそれぞれ設けられた幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの構成が同一構成からなり、入力側レンズ群１８ａにて２つの幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａ，２０ｂを積層させた２層構造となっており、出力側レンズ群１８ｂも２つの幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ｃ，２０ｄを積層させた２層構造となっている。
【００４０】
これは、入力側レンズ群１８ａにて、各幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａ，２０ｂの液晶レンズ層２３の液晶分子がそれぞれ基本配向方向に関し異方性を生じているため、これら２つの幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａ，２０ｂを積層させた複数層の構造として液晶分子の異方性を低減し得るようになされている。具体的に、この実施の形態のように、入力側レンズ群１８ａにて２つの幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａ，２０ｂが２層に積層された構造となっている場合には、例えば第１層目の幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａの液晶分子と、第２層目の幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ｂの液晶分子との基本配向方向を直交（90度）させることにより、液晶分子の異方性を低減させる構造になっている。
【００４１】
また、出力側レンズ群１８ｂにおいても、入力側レンズ群１８ａと同様に、各幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ｃ，２０ｄにおいてそれぞれ液晶レンズ層２３の液晶分子が基本配向方向に関する異方性を生じているため、例えば第１層目の幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ｃの液晶分子と、第２層目の幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ｄの液晶分子との基本配向方向を直交（90度）させることにより、液晶分子の異方性を低減させる構造になっている。
【００４２】
なお、この実施の形態の場合においては、２つの幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａ，２０ｂを積層させた２層構造の入力側レンズ群１８ａと、同じく２つの幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ｃ，２０ｄを積層させた２層構造の出力側レンズ群１８ｂを適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、３つや４つ等その他複数の幾何学変換レンズ用液晶レンズを積層させて、液晶分子の異方性を低減させた複数層構造の入力側レンズ群及び出力側レンズ群を適用してもよい。
【００４３】
このような構成のもと駆動回路１６は、例えば制御部７からの拡大指令命令又は縮小指令命令に基づいて第１配線群２６により拡大率指令電圧又は縮小率指令電圧を幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０a，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄのITO電極層３１にそれぞれ印加し得る。さらに、駆動回路１６は、制御部７からの回転指令命令に基づいて第２配線群２７により回転指令電圧を幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０a，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄのITO電極層３１にそれぞれ印加し得る。
【００４４】
ここで、入力側レンズ群１８ａの幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０a，２０ｂや、出力側レンズ群１８ｂの幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ｃ，２０ｄは、上述したように基本的構成が同一であることから、説明の重複を避けるため、入力側レンズ群１８ａにおける幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０a，２０ｂのうち、１つの幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０aに着目して以下説明する。図８に示すように、実際上、本発明による幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０aは、ガラス等の透明部材でなる第１基板２１上に、透明電極部材からなる基準電極３０と、液晶レンズ層２３と、第１基板２１と同じく透明部材でなる第２基板２２とが順に積層された構成を有し、当該第２基板２２にITO電極層３１が設けられた構成を有する。
【００４５】
因みに、この実施の形態の場合、図７に示したように、入力側レンズ群１８ａの幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０a，２０ｂは、ITO電極層３１が第３反射ミラー１２側に配置され、第３反射ミラー１２にて反射された光束がITO電極層３１、第２基板２２、液晶レンズ層２３、基準電極３０及び第１基板２１の順に通過し得る。一方、出力側レンズ群１８ｂの幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ｃ，２０ｄは、第１基板２１が集光レンズ２４側に配置されるとともに、ITO電極層３１が撮像素子１５側に配置され、入力側レンズ群１８ａの幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０a，２０ｂ及び集光レンズ２４を通過した光束が、第１基板２１、基準電極３０、液晶レンズ層２３、第２基板２２及びITO電極層３１の順に通過し得る。
【００４６】
ここで、この実施の形態の場合、幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａの入射面全面に設けられるITO電極層３１には、図９に示すように、例えば縦8個、横8個の合計8×8個の拡大・縮小用電極EL2,mn（mは行列の行数を示し、nは行列の列数を示し、この場合m,nは1〜8のいずれかの整数を表す）がマトリックス状に配置されており、各拡大・縮小用電極EL2,mnにそれぞれ拡大・縮小電圧配線L2が接続されている。ITO電極層３１には、例えば制御部７からの拡大指令信号に基づいて、拡大率指令電圧V2,mn（m,nは対応する拡大・縮小用電極EL2,mnを表し、この場合m,nは1〜8のいずれかの整数を示す）が駆動回路１６から拡大・縮小電圧配線L2を介して所定の拡大・縮小用電極EL2,mnに印加され得る。
【００４７】
例えば、ITO電極層３１の縦n列目での拡大・縮小用電極EL2,1n〜EL2,8nに着目した場合には、図９に示すように、1行目の拡大・縮小用電極EL2,1nに拡大率指令電圧V2,1n、2行目の拡大・縮小用電極EL2,2nに拡大率指令電圧V2,2n、3行目の拡大・縮小用電極EL2,3nに拡大率指令電圧V2,3n、4行目の拡大・縮小用電極EL2,4nに拡大率指令電圧V2,4n、5行目の拡大・縮小用電極EL2,5nに電圧V2,5n、6行目の拡大・縮小用電極EL2,6nに拡大率指令電圧V2,6n、7行目の拡大・縮小用電極EL2,7nに拡大率指令電圧V2,7n、8行目の拡大・縮小用電極EL2,8nに拡大率指令電圧V2,8nが、拡大指令信号に基づき必要に応じて駆動回路１６から印加され得る。なお、拡大・縮小用電極EL2,mn、拡大・縮小電圧配線L2及び拡大率指令電圧V2,mnのうち、下付文字「2」の表記は、後述する回転用電極等と区別するために付した符号である。
【００４８】
幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａは、拡大率指令電圧V2,mnが駆動回路１６から一又は複数の拡大・縮小用電極EL2,mnに印加されると、この拡大・縮小用電極EL2,mnに対向する液晶レンズ層２３内の液晶分子のチルト角の配向状態が拡大率指令電圧V2,mnの電圧値に応じて変化し、これら液晶分子の配向状態がパノラマ風景を光学的に拡大し得る非球面凸レンズ（焦点距離が中心から離れるに連れて短くなる非球面凸レンズ）と同じ働きをする屈折率分布の状態となり得る。
【００４９】
ここで、図１０Ａと、図１０Ａの側断面構成を示す図１０Ｂは、例えば表示部６に表示されるパノラマ投影画像中の所定の１点が拡大指定位置P1として指定されたときの液晶レンズ層２３全体での液晶分子３５の配向状態をイメージした概略図である。なお、実際上、液晶分子３５は、液晶レンズ層２３内に複数積層されているが、図１０Ａ及び図１０Ｂでは一列に並んだ液晶分子に着目して簡略的に図示している。また、これら図１０Ａ及び図１０Ｂは、例えば第１層目の幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａと、第２層目の幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ｂとを積層させたものを単層の液晶層に見立てたときのイメージ図である。
【００５０】
この場合には、拡大指定位置P1に対応する拡大・縮小用電極EL2,mnに拡大率指令電圧V2,mnが印加され、これに応じて液晶レンズ層２３内の液晶分子３５のチルト角の配向状態が制御され得る。このような液晶分子３５は、幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａを最低でも２層積層することによって仮想的にイメージされるものであり、単層の場合、第１基板２１あるいは第２基板２２に近くなるほど、液晶の性質から基本配向方向に拘束され得る。
【００５１】
すなわち、ラビング処理を施した第１基板２１又は第２基板２２に近い液晶分子３５は、拡大率指令電圧によりチルト角のみを変化させる単屈折性を有した楕円形状の構造体となり得る。一方、ラビング処理を施した第１基板２１又は第２基板２２から離れた位置にある液晶分子３５は、ラビング処理を施した第１基板２１又は第２基板２２から離れるに従って、基本配向方向への拘束が弱まり、短軸方向の屈折率と、長軸方向の屈折率とが異なる複屈折性を有した楕円形状の構造体とみなすことができ、配向状態が制御されることで、液晶レンズ層２３内を通過する光束を所望の方向へ屈折させ得る。
【００５２】
この実施の形態の場合、液晶レンズ層２３では、一方向（液晶レンズ層２３の面方向と直交した光軸方向）に揃って配向されていた液晶分子３５が、拡大指定位置P1と対向した拡大・縮小用電極EL2,mnに拡大率指令電圧V2,mnが印加されることで、図１０Ａに示すように、拡大指定位置P1を拡大中心として放射状に配向される。
【００５３】
また、この際、液晶レンズ層２３の基板に近い領域では、図１０Ｂに示したように、拡大指定位置P1に対向した液晶分子３５の長軸方向が、液晶レンズ層２３の面方向とほぼ平行となるように配向され、当該拡大指定位置P1から離れるに従って液晶分子３５の長軸方向が次第に光軸方向に傾いてゆき、拡大指定位置P1から遠く離れ拡大率指令電圧V2,mnの影響を受けない液晶分子３５の長軸方向が光軸方向に揃った状態になっている。
【００５４】
これにより、液晶レンズ層２３では、拡大指定位置P1が非球面凸レンズの凸部に相当し、当該拡大指定位置P1を拡大中心としてそこから離れるに連れて焦点距離が短くなる非球面凸レンズと同じ働きをする屈折率分布になるよう液晶分子３５が配向され得る。かくして、幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、光束が入射されると、拡大指定位置P1を中心としそこから離れるに連れて焦点距離が短くなる非球面凸レンズを実現した液晶分子３５により光束を屈折し、拡大指定位置P1を中心に拡大されたパノラマ風景を撮像素子１５に結像させ得る。
【００５５】
因みに、幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａは、縮小率指令電圧V´2,mnが駆動回路１６から一又は複数の拡大・縮小用電極EL2,mnに印加されると、この拡大・縮小用電極EL2,mnに対向する液晶レンズ層２３内の液晶分子３５の配向状態が縮小率指令電圧V´2,mnの電圧値に応じて変化し、これら液晶分子３５の配向状態がパノラマ風景を光学的に縮小し得る非球面凹レンズ（焦点距離が中心から離れるに連れて長くなる非球面凹レンズ）と同じ働きをする屈折率分布の状態となり得る。
【００５６】
具体的に、この実施の形態の場合、液晶レンズ層２３では、基準電圧により一方向に揃って配向されていた液晶分子３５が、縮小指定位置と対向した拡大・縮小用電極EL2,mnに縮小率指令電圧V´2,mnが印加されることで、縮小指定位置を縮小中心として放射状に配向される。
【００５７】
また、この際、液晶レンズ層２３では、縮小指定位置に対向した液晶分子３５の長軸方向が非球面凸レンズのケースとは異なり、図１０Ｂを天地逆にしたような並びとなるように配向され、当該縮小指定位置から離れるに従って液晶分子３５の長軸方向が次第に光軸方向に傾いてゆき、縮小指定位置から遠く離れ縮小率指令電極の影響を受けない液晶分子３５の長軸方向が光軸方向に揃っている。これにより、液晶レンズ層２３では、縮小指定位置が非球面凹レンズの凹部に相当し、当該縮小指定位置を縮小中心としてそこから離れるに連れて焦点距離が長くなる非球面凹レンズと同じ働きをする屈折率分布になるよう液晶分子３５が配向され得る。
【００５８】
かくして、幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、光束が入射されると、縮小指定位置を中心としそこから離れるに連れて焦点距離が長くなる非球面凹レンズを実現した液晶分子３５により光束を屈折し、縮小指定位置を中心に縮小しそこから離れるにつれて縮小率が小さくなるパノラマ風景を撮像素子１５に結像させ得る。
【００５９】
かかる構成に加えて、図９に示すように、ITO電極層３１には、例えば１つの拡大・縮小用電極EL2,51に着目した場合、拡大・縮小用電極EL2,51を中心に縦2個、横2個の2×2の合計4個の回転用電極EL111,51，EL121,51，EL211,51，EL221,51が配置されており、これら１つの拡大・縮小用電極EL2,51と４つの回転用電極EL111,51，EL121,51，EL211,51，EL221,51とで１組の電極セル３７を構成している。
【００６０】
すなわち、このようにITO電極層３１には、各拡大・縮小用電極EL2,mnを中心に縦2個、横2個の2×2の合計4個の回転用電極ELxy1,mn（m,nは、行列の行数m個目、行列の列数n個目の拡大・縮小用電極EL2,mnに対応付けられていることを表し、この場合1〜8のいずれかの整数を示す。x,yは１又は２の整数であり回転用電極の配置位置を行列で表している）がそれぞれ配置され、これにより全体として当該回転用電極ELxy1,mnが規則的に配置されている。
【００６１】
図１１に示すように、この実施の形態の場合、電極セル３７は、四辺状からなり、中心部に円形状の拡大・縮小用電極EL2,mnを有し、この拡大・縮小用電極EL2,mnを中心に四辺状の回転用電極EL111,mn，EL121,mn，EL211,mn，EL221,mnが四隅に配置された構成を有する。そして、電極セル３７には、各回転用電極EL111,mn，EL121,mn，EL211,mn，EL221,mnに回転電圧配線L1がそれぞれ接続されており、駆動回路１６から各回転電圧配線L1を介して回転用電極EL111,mn，EL121,mn，EL211,mn，L221,mnに回転指令電圧V111,mn，V121,mn，V211,mn，V221,mnがそれぞれ印加され得る。
【００６２】
これにより回転用電極EL111,mn〜EL221,mnは、回転指令電圧V111,mn〜V221,mnが印加されることで、対向する液晶レンズ層２３内の基板（ラビング処理を施した第１基板２１又は第２基板２２）から離れた位置にあり液晶の配向方向の拘束から自由になった液晶分子３５を所定角度に回転させ、液晶レンズ層２３の屈折率を変化させて、撮像素子１５に結像されるパノラマ風景を回転させ得るようになされている。なお、図９では、各回転用電極ELxy1,mnにそれぞれ接続されている回転電圧配線L1については省略して図示していない。また、回転用電極ELxy1,mn、回転電圧配線L1及び回転指令電圧Vxy1,mnのうち、下付文字「1」の表記は、上述した拡大・縮小用電極EL2,mn等と区別するために付した符号である。
【００６３】
例えば、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、拡大処理が施され液晶分子３５の配向状態が変化している撮像画像全体を、拡大指定位置P1を回転中心位置として回転させる場合には、操作部からの入力操作に基づいて回転指令電圧Vxy1,mnが各回転用電極ELxy1,mnにそれぞれ印加され得る。これにより、図１０Ｃ及び図１０Ｄに示すように、液晶レンズ層２３では、拡大率指令電圧V2,mnが印加された拡大・縮小用電極EL2,mnを中心として放射状に配向された液晶分子３５が、その状態のまま回転中心位置P2を中心に所定角度回転して配向状態が変化し得る。
【００６４】
例えば、図１０Ｃでは、回転前の液晶分子３５を薄い棒状線A1で示し、回転後の液晶分子３５を濃い棒状線A2で示しており、回転指令電圧Vxy1,mnが各回転用電極ELxy1,mnに印加されることで、液晶分子３５が回転中心位置P2を中心に逆時計回りに僅かに回転している。これにより、幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、光束が入射されると、回転中心位置P2を中心に所定角度回転された液晶分子３５により光束を屈折し、回転中心位置P2を中心に回転したパノラマ風景を撮像素子１５に結像させ得る。
【００６５】
（３）動作及び効果
以上の構成において、パノラマ撮像装置１では、第１反射ミラー、第２反射ミラー及び第３反射ミラーを経由させて、周囲360°のパノラマ風景を幾何学変換処理部３に入射させるパノラマ情報取得部２を設け、幾何学変換処理部３には、液晶分子３５を一方向に配向させた液晶レンズ層２３を、第１基板２１と第２基板２２との間に備え、拡大・縮小用電極EL2,mnがマトリックス状に配置されたITO電極層３１を液晶レンズ層２３上に有した幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを設けるようにした。
【００６６】
また、この幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄでは、撮像画像のうち一又は複数の箇所に対し拡大指定がされると、拡大指定位置P1に対応した一又は複数の拡大・縮小用電極EL2,mnに拡大率指令電圧V2,mnが印加され、当該拡大・縮小用電極EL2,mnに対向した液晶レンズ層２３内の液晶分子３５が指定位置から離れるに連れて焦点距離が短くなる非球面凸レンズと同じ働きをする屈折率分布となるよう配向される。
【００６７】
これにより幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄでは、光束が通過する際、これら配向状態が変化した液晶分子３５により屈折率を変化させ、拡大指定位置P1を拡大中心として拡大させたパノラマ風景を撮像素子１５に結像させることができる。
【００６８】
かくして、この幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄでは、所定の拡大・縮小用電極EL2,mnに拡大率指令電圧V2,mnを単に印加するだけで、液晶レンズ層２３内の液晶分子３５の配向状態を変化させ、パノラマ風景のうちユーザが所望する箇所だけを拡大させ、視野の広さを維持したままパノラマ投影画像全体のデータ量を増加させることなく所望する箇所だけの解像度を向上させることができる。
【００６９】
このように、このパノラマ撮像装置１では、幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを設けることで、詳細に観察したい領域がパノラマ投影画像内に存在していたとき、モータ等の大掛かりな可動機構でレンズ自体を移動させなくとも、所定の拡大・縮小用電極EL2,mnに拡大率指令電圧V2,mnを単に印加するだけで、パノラマ投影画像内の所望の箇所を光学的に拡大させることができるので、従来のようなレンズを移動させるメカニカルな可動機構を設置するための収納スペースや、レンズ自体を移動させるための移動スペースが不必要となり、さらに、液晶分子３５のみを動かし、メカニカルな可動機構を動かす必要がないため、その分だけ小型化並びに省エネルギー性の向上を図ることができる。
【００７０】
また、このパノラマ撮像装置１では、複数の拡大・縮小用電極EL2,mnがマトリックス状に配置されたITO電極層３１が幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄに設けられていることから、所望の位置の拡大・縮小用電極EL2,mnに拡大率指令電圧V2,mnを同時に印加することで、同時に複数の箇所の液晶分子３５の配向状態を変化させて屈折率を変化させることができ、かくして、複数の拡大指定位置P1を拡大中心として複数個所を同時に拡大させたパノラマ風景を撮像素子１５に結像させることもできる。
【００７１】
そして、このパノラマ撮像装置１では、幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄにてパノラマ風景の一又は複数の箇所を拡大させた画像信号を撮像部４から画像処理部５に送出し、幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄにて拡大させた拡大箇所を、当該画像処理部５によって再び縮小させ元の倍率に戻す。
【００７２】
このように、このパノラマ撮像装置１では、幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄにて拡大した拡大箇所を、画像処理部５によって縮小し再び元の縮尺に戻し、これをパノラマ投影画像として表示部６に表示していることから、幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄにより拡大させ解像度を向上させた拡大箇所を不自然に拡大させた状態のままユーザに提示することなく、全体的に縮尺が揃った自然なパノラマ投影画像をユーザに提示できる。また、このパノラマ撮像装置１では、円環状に周囲視野像が映ったパノラマ投影画像を分離線B1から展開させたパノラマ画像を生成して、これを表示部６にて表示させることもできる。
【００７３】
これに加えて、このパノラマ撮像装置１では、パノラマ投影画像のうち一又は複数の箇所が縮小指定されると、幾何学変換処理部３において、縮小指定位置に対応した一又は複数の拡大・縮小用電極EL2,mnに縮小率指令電圧V2,mnが印加される。これにより、幾何学変換処理部３は、縮小率指令電圧V2,mnが印加された拡大・縮小用電極EL2,mnに対向した液晶レンズ層２３内の液晶分子３５が、指定位置から離れるに連れて焦点距離が長くなる非球面凹レンズと同じ働きをする屈折率分布となるよう配向する。
【００７４】
かくして、パノラマ撮像装置１では、幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄに光束が通過する際、配向状態が変化した液晶分子３５により光束の屈折率が変化し、縮小指定位置を縮小中心として縮小させたパノラマ風景を撮像素子１５に結像させることができる。
【００７５】
これにより、このパノラマ撮像装置１では、幾何学変換処理部３において、幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの所定の拡大・縮小用電極EL2,mnに縮小率指令電圧V´2,mnを単に印加させるだけで、液晶レンズ層２３内の液晶分子３５の配向状態が変化し、パノラマ風景のうちユーザが所望する箇所を縮小させて解像度を低下させ、不必要な箇所に割り当てるデータ量を抑えることができる。
【００７６】
このように、パノラマ撮像装置１では、モータ等の大掛かりな可動機構でレンズ自体を移動させなくとも、幾何学変換処理部３にて所定の拡大・縮小用電極EL2,mnに縮小率指令電圧V´2,mnを単に印加させるだけで、パノラマ風景内の所望の箇所を光学的に縮小させることができ、従来のようなレンズを移動させるメカニカルな可動機構を設置するための収納スペースや、レンズ自体を移動させるための移動スペースが不必要となり、さらに、液晶分子３５のみを動かし、メカニカルな可動機構を動かす必要がないため、その分だけ小型化並びに省エネルギー性の向上を図ることができる。
【００７７】
また、このパノラマ撮像装置１では、幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの液晶レンズ層２３上に、複数の拡大・縮小用電極EL2,mnがマトリックス状に配置されたITO電極層３１が設けられていることから、所望の位置の拡大・縮小用電極EL2,mnに縮小率指令電圧V´2,mnを同時に印加させることで、複数の箇所の液晶分子３５の配向状態を同時に変化させて屈折率を変化させることができ、かくして、複数の縮小指定位置を縮小中心として複数個所を同時に縮小させたパノラマ風景を撮像素子１５に結像させることもできる。
【００７８】
また、この場合、パノラマ撮像装置１では、このようにしてパノラマ風景の一又は複数の箇所を縮小させた縮小箇所を、画像処理部５によって再び拡大させ元の倍率に戻すことで、幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄにより縮小させ解像度を低下させた縮小箇所を不自然に縮小させた状態のままユーザに提示することなく、全体的に縮尺が揃った自然なパノラマ投影画像や、それを展開させたパノラマ画像をユーザに提示できる。
【００７９】
さらには、このパノラマ撮像装置１では、幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄにて一又は複数の拡大・縮小用電極EL2,mnに拡大率指令電圧V2,mnを印加し、これと同時に残りの他の一又は複数の拡大・縮小用電極EL2,mnに縮小率指令電圧V2,mnを印加することで、これら拡大率指令電圧V2,mn及び縮小率指令電圧V2,mnにより各液晶分子３５を領域毎に異なる配向状態に変化させることもできる。かくして、パノラマ撮像装置１では、幾何学変換処理部３におけるこれら液晶分子３５によって、パノラマ情報取得部２からの光束を屈折させ、ある箇所で拡大指定位置P1を拡大中心として拡大させ、これと同時に他の箇所で縮小指定位置を縮小中心として縮小させたパノラマ風景を、撮像素子１５に結像させることができる。
【００８０】
なお、この場合でも、パノラマ撮像装置１では、パノラマ風景の一又は複数の箇所を拡大させた拡大箇所を、画像処理部５によって再び縮小させるとともに、パノラマ風景の一又は複数の箇所を縮小させた縮小箇所を、画像処理部５によって再び拡大させ、全体の倍率を元の倍率に戻し統一させることで、不自然に拡大及び縮小させた状態ではなく、全体的に縮尺が揃った自然なパノラマ投影画像やパノラマ画像をユーザに提示できる。また、これにより、パノラマ撮像装置１では、周囲360°の視野像を維持したまま、不必要な箇所を縮小してデータ量を抑えていることから、パノラマ投影画像全体のデータ量を増加させることなく、所望する箇所だけを拡大させて解像度を向上させたパノラマ投影画像をユーザに提示することができる。
【００８１】
また、幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄには、拡大・縮小用電極EL2,mnとは別に複数の回転用電極EL1,mnが縦横に規則的に配置されたITO電極層３１を液晶レンズ層２３上に設けるようにした。これにより、このパノラマ撮像装置１では、幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの回転用電極EL1,mnに回転指令電圧V1,mnをそれぞれ印加することで、各回転用電極EL1,mnに対向した液晶レンズ層２３内の液晶分子３５の配向状態を変化させ、これら液晶分子３５をそれぞれ所定角度に回転させることができる。
【００８２】
これにより、このパノラマ撮像装置１では、幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを光束が通過する際、これら配向状態が変化した液晶分子３５により光束の屈折率が変化し、液晶分子３５によって回転中心位置を中心に所定角度だけパノラマ風景を回転させることができ、この回転させたパノラマ風景を撮像素子１５に結像させることができる。
【００８３】
これにより、パノラマ撮像装置１では、パノラマ投影画像の際に分離線B1上に注目領域AR1が位置し、パノラマ投影画像をパノラマ画像に展開させたときに注目領域AR1がパノラマ画像の両端に分割してしまうような場合であっても、注目領域AR1が分離線B1上に重ならないようにパノラマ投影画像を適宜回転させることで、注目領域AR1が分割していないパノラマ画像を生成することができる。
【００８４】
以上の構成によれば、パノラマ風景を取得して幾何学変換処理部３に入射させるパノラマ情報取得部２を備え、幾何学変換処理部３は、液晶分子３５が封入された液晶レンズ層２３を第１基板２１と第２基板２２との間に備え、この液晶レンズ層２３に与えられる外部刺激たる電圧により液晶分子３５を配向制御し、液晶分子３５の配向変化によりパノラマ風景を幾何学変換させるようにしたことにより、来のようなレンズを移動させるメカニカルな可動機構を設置するための収納スペースや、レンズ自体を移動させるための移動スペース、さらにはメカニカルな可動機構を動かす大掛かりな機械的機構が不要となり、その分だけ小型化及び省エネルギー性の向上を図れ、かつパノラマ風景を所望の形態に幾何学変換し得る。
【００８５】
（４）他の実施の形態
（４−１）他の実施の形態による幾何学変換レンズ用液晶レンズ
なお、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能であり、例えば、上述した実施の形態においては、区分けせずに連続的な空間でなる液晶レンズ層２３を用い、拡大・縮小用電極EL2,mn及び回転用電極ELxy1,mnが連続的にパターン化して配置されたITO電極層３１を液晶レンズ層２３に設けた連続型の幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、図１２に示すように、仕切り部４０により液晶レンズ層４５を区分けしたマイクロ液晶レンズセル４１を縦横に複数個連結させてアレイ状に配置し、これら各マイクロ液晶レンズセル４１毎に電極セル３７をそれぞれ設けた離散型の幾何学変換レンズ用液晶レンズを適用してもよい。
【００８６】
この場合、離散型の幾何学変換レンズ用液晶レンズに用いられるマイクロ液晶レンズセル４１は、例えば電極セル３７とほぼ同じ大きさからなり、透明部材でなる仕切り部４０により区分けされた密封空間に液晶分子が密封された構成を有する。離散型の幾何学変換レンズ用液晶レンズでは、隙間無くアレイ状に配置させたマイクロ液晶レンズセル４１に対して、それぞれ電極セル３７により拡大率指令電圧V2,mn、縮小率指令電圧V´2,mn、回転指令電圧Vxy1,mnが印加されることで、各マイクロ液晶レンズセル４１毎に液晶分子の配向状態を変化させ、上述した実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００８７】
ここで、図１３Ａと、図１３Ａの側断面構成を示す図１３Ｂは、１つのマイクロ液晶レンズセル４１での液晶レンズ層４５の概略図を示し、当該液晶レンズ層４５においてプレチルト角を打ち消したときの液晶分子３５の配向状態が示されている。この場合、液晶レンズ層４５内では、液晶分子３５がラビング処理により面方向にのみ平行に横たわって並んでおり、パノラマ風景の回転と、パノラマ風景の拡大中心点からの距離に応じた拡大率分布が、電極セル３７に印加される拡大率指令電圧V2,mnと回転指令電圧Vxy1,mnとによって制御され得る。
【００８８】
なお、この場合でも、液晶分子３５のプレチルト角が0度のとき、ラビング処理の方向によって液晶分子３５の配向方向が決定されるため、この異方性の光学系への影響を軽減するために、内部レンズ部では、上述した実施の形態と同様に、入力側レンズ群及び出力側レンズ群において、それぞれ２つの幾何学変換レンズ用液晶レンズが積層され、２枚のマイクロ液晶レンズセル４１が積層した構造となる。
【００８９】
例えば、入力側レンズ群では、第１層目のマイクロ液晶レンズセル４１の液晶分子が、第２層目のマイクロ液晶レンズセル４１の液晶分子と90度回転させた構成となり得る（なお、これらマイクロ液晶レンズセル４１を積層させることは図１０Ａの上面図をみたときマイクロ液晶レンズセル４１の上面と垂直な方向(光軸方向)に液晶分子３５を離散化させるとも言い得る）。また、上述した実施の形態と同様に、出力側レンズ群でも入力側レンズ群と同様に、第１層目のマイクロ液晶レンズセル４１の液晶分子が、第２層目のマイクロ液晶レンズセル４１の液晶分子と90度回転させた構成となり得る。
【００９０】
この場合、このようなマイクロ液晶レンズセル４１では、先ず始めにプレチルト角が0度のとき液晶分子３５がラビング方向と平行になるように、回転指令電圧Vxy1,mnが与えられ、これにより図１３Ｂに示すように液晶分子３５が無回転の状態とされ、面方向に平行となり得る。なお、ラビング処理を施した第１基板２１又は第２基板２２に近い液晶分子３５は電圧を印加せずともプレチルト角をもってラビング方向に拘束されるため、マイクロ液晶レンズセル４１上面から液晶分子３５を見ると、図１３Ａのように見える。すなわち、ラビング処理を施した第１基板２１又は第２基板２２から離れた位置にある液晶分子３５に関して、回転指令電圧Vxy1,mnを与えて無回転の状態にさせる操作を行う必要がある。
【００９１】
その後、マイクロ液晶レンズセル４１では、所定の拡大率指令電圧V2,mnが印加されることで、図１４に示すように、液晶分子３５が拡大率指令電圧V2,mnの大きさに応じて立ち上がり（すなわち、チルト角をもつことになる)、拡大指令電圧を与えた位置から離れるにつれて焦点距離が短くなる非球面凸レンズと同じ働きをする屈折率分布になるよう液晶分子３５の配向状態が変わり得る。
【００９２】
一方、マイクロ液晶レンズセル４１を通過する光束に回転を与えるときには、液晶分子３５のプレチルト角が0度になるように拡大率指令電圧V2,mn等を与えた上で、回転指令電圧Vxy1,mnを変化させて、図１５に示すように、基板から比較的離れた位置にある液晶分子３５のパン角が一定になるように制御する。かくして、このような離散型の幾何学変換レンズ用液晶レンズでも、電圧に応じて液晶分子の配向状態を自由に変化させることができ、上述した実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００９３】
また、上述した実施の形態においては、拡大用電極及び縮小用電極として、縦8個、横8個でマトリックス状に配置された合計64個の拡大・縮小用電極El2,mn（m,nは1〜8のいずれかの整数）を適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、拡大・縮小用電極El2,mnの数は任意の数でよく、縦M個、横N個（M,Nは任意の整数）でマトリックス状に配置された合計M×N個の拡大・縮小用電極El2,mn（この場合、mは1〜Mのいずれかの整数、nは1〜Nのいずれかの整数）を適用してもよい。
【００９４】
さらに、上述した実施の形態においては、回転用電極として、縦8個、横8個の各拡大・縮小用電極EL2,mnにそれぞれ対応付けられ、各拡大・縮小用電極EL2,mnを中心に縦2個、横2個に規則的に配置された合計（8×8）×4個の回転用電極ELxy1,mn（x,yは１又は２の整数で行列を表す）を適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、回転用電極ELxy1,mnの数は任意の数でよく、縦M個、横N個（M,Nは任意の整数）の各拡大・縮小用電極EL2,mn（この場合、mは1〜Mのいずれかの整数、nは1〜Nのいずれかの整数）にそれぞれ対応付けられ、各拡大・縮小用電極EL2,mnを中心に縦X個、横Y個（X,Yは任意の整数）に配置された合計（M×N）×（X×Y）個の回転用電極ELxy1,mn（この場合、xは1〜Xのいずれかの整数、yは1〜Yのいずれかの整数）を適用してもよい。
【００９５】
さらに、上述した連続型の幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄや、変形例である離散型の幾何学変換レンズ用液晶レンズの他、マイクロ液晶レンズセル４１よりも大きな液晶レンズセルに液晶レンズ層を離散的に分割し、連続型の電極パターンでなるITO電極層をこの液晶レンズ層に設けたハイブリット型の幾何学変換レンズ用液晶レンズ等、その他種々の構成でなる幾何学変換レンズ用液晶レンズを適用してもよい。なお、上述した実施の形態にて採用した連続型の液晶レンズ層を用いた幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄでは、離散型の幾何学変換レンズに比べて仕切り部４０を有しない分だけ高い光量のパノラマ風景を撮像素子１５に結像させることができ、またパノラマ風景の各点における拡大率と回転を任意に指定し得、これらを連続的に滑らかにパノラマ風景を変化させることができる。
【００９６】
さらに、上述した実施の形態においては、拡大・縮小用電極EL2,mnと回転用電極ELxy1,mnとが所定パターンで配置されたITO電極層３１を液晶レンズ層２３に設け、拡大処理、縮小処理及び回転処理を１つの幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄで実行し得るようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、拡大・縮小用電極EL2,mnだけが所定パターンで配置されたITO電極層を液晶レンズ層２３に設け、拡大処理及び縮小処理だけを１つの幾何学変換レンズ用液晶レンズで実行するようにしたり、或いは、回転用電極ELxy1,mnだけが所定パターンで配置されたITO電極層を液晶レンズ層２３に設け、回転処理だけを１つの幾何学変換レンズ用液晶レンズで実行するようにしてもよい。
【００９７】
また、これら拡大処理及び縮小処理だけを実行可能な幾何学変換レンズ用液晶レンズと、回転処理だけを実行可能な幾何学変換レンズ用液晶レンズとを積層させ組み合わせて内部レンズ部を構成するようにしてもよい。このように、液晶分子のパン角の回転と、チルト角の回転とを幾何学変換レンズ毎に別々に制御可能な構造とした場合には、拡大率分布や回転量を連続的に変化させたパノラマ風景が得られることができるとともに、各液晶レンズ層上での電極配置を簡素化し得、一段と大きな光量を得ることができるという利点がある。
【００９８】
さらに、上述した実施の形態においては、拡大率指令電圧V2,mn、縮小率指令電圧V´2,mn、回転指令電圧Vxy1,mnを印加することにより液晶分子３５の配向状態を変化させ、撮像素子１５に結像されるパノラマ風景を拡大、縮小又は回転させる幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを適用した場合について述べたが、本発明ではこれに限らず、所定の電圧をITO電極層３１に印加することにより液晶分子３５の配向状態を任意に変化させ、撮像素子１５に結像されるパノラマ風景を平行移動させる等その他種々の状態に幾何学変換し得る幾何学変換レンズを適用してもよい。
【００９９】
例えば、撮像素子１５に結像されるパノラマ風景を平行移動させる場合には、幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄのうち、入力側レンズ群１８ａの幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａを例にあげると、ある特定箇所の拡大・縮小用電極EL2,mnに印加される拡大率指令電圧V2,mn(もしくは縮小率指令電圧V´2,mn)をその周囲の４つの回転指令電圧Vxy1,mnと等しくし、これを移動指令電圧として印加することにより、液晶分子３５の配向状態を変化させ、撮像素子１５に結像されるパノラマ風景を、例えば上方向、下方向、左方向又は右方向のいずれか一方向に移動させる幾何学変換レンズ用液晶レンズとして動作させることができる。
【０１００】
具体的には、パノラマ風景を一方向に移動させるために、液晶分子３５の配向方向が、幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａの液晶分子３５と直交する幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ｂを、上述した幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａと同様の手法で動作させ、幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａ，２０ｂの液晶分子３５を同時に任意の一方向へ移動させることで、当該任意の一方向と同じ一方向にパノラマ風景を平行移動させることが可能となる。
【０１０１】
すなわち、上述の実施例では、基準電極３０に印加される基準電圧からの拡大率指令電圧V2,mn(もしくは縮小率指令電圧V´2,mn)及びその周囲の４つの回転指令電圧Vxy1,mnへのバイアス電圧により、幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは拡大、縮小、回転の他に像を平行移動させ得る。この場合、幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄでは、バイアス電圧によりプレチルト角を0度にした後、その値を基準とした電圧が平行移動量に対応することになる。
【０１０２】
さらに、本発明はこれに限らず、拡大処理及び又は縮小処理だけを実行可能な幾何学変換レンズ用液晶レンズと、回転処理だけ実行可能な幾何学変換レンズ用液晶レンズと、平行移動処理だけ実行可能な幾何学変換レンズ用液晶レンズを積層させ組み合わせて内部レンズ部を構成するようにしてもよい。このとき、上述の実施例と等価なパノラマ風景を得るには、平行移動処理、拡大処理及び又は縮小処理、回転処理の順番に留意する必要がある。
【０１０３】
さらに、上述した実施の形態においては、拡大率指令電圧V2,mn、縮小率指令電圧V´2,mn、回転指令電圧Vxy1,mnを印加することにより配向状態が変化する液晶分子３５を用い、幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの屈折率を変化させる幾何学変換レンズを適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば、磁力や原子・分子間力、放射線等の外部刺激が外部から与えられることによって、対象部材の外観形状を変化させることなく、内部の屈折率を変化させる種々の屈折率変化手段を用いて屈折率を変化させる幾何学変換レンズを適用してもよい。
【０１０４】
また、例えば、光の屈折率を変化させる手法としては、ガラス板あるいはプラスチック等の基板上に酸化インジウム・スズ、酸化タングステン、酸化タンタル、アルミニウム、パラジウム及びマグネシウム・ニッケル系合金薄膜を重ね合わせた構造をした薄膜材料を用い、外部からの電気及び磁力の印加によって、薄膜材料の透明度を変化させて屈折率を変化させる手法を適用してもよい。
【０１０５】
さらに、上述した実施の形態においては、液晶分子３５により光の屈折率を変化させる幾何学変換レンズ用液晶レンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを用いた幾何学変換レンズを適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、光のみならず、電子や電気、磁力、原子・分子間力、放射線等のあらゆるものの屈折率を変換させる幾何学変換レンズを適用してもよい。
【０１０６】
（４−２）他の実施の形態によるパノラマ情報取得部
図１との対応部分に同一符号を付して示す図１６において、５１は他の実施の形態によるパノラマ撮像装置を示し、上述したパノラマ撮像装置１とはパノラマ情報取得部２の構成が異なるものである。この実施の形態の場合、パノラマ情報取得部５２は、円錐形状からなり、傾斜面全てにミラーが設けられた構成を有する。このパノラマ情報取得部５２は、頂点が撮像素子と対向するように配置されているとともに、当該頂点が撮像素子１５の光軸上に配置され、傾斜面にて映る周囲360°の視野像を反射させて下方の撮像素子１５に入射させ得るようになされている。このようなパノラマ情報取得部５２を備えたパノラマ撮像装置５１であっても、上述した実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０７】
また、他の実施の形態によるパノラマ情報取得部としては、例えばガラス等からなり、底部が半球状に形成された魚眼レンズを用いるようにしてもよく、この場合、パノラマ情報取得部の中心軸を撮像素子１５の光軸上に配置し、かつ底部を撮像素子１５に対向するように配置させ、当該底部にてパノラマ風景を屈曲させて下方の撮像素子１５に入射させる。このようなパノラマ情報取得部５２を備えたパノラマ撮像装置５１であっても、上述した実施の形態と同様の効果を得ることができる。なお、パノラマ情報取得部については種々の構成を適用してもよく、要は広範囲に亘ったパノラマ風景を撮像素子１５に入射させることができれば種々の構成のパノラマ情報取得部を適用してもよい。
【０１０８】
また、パノラマ情報取得部としては、例えば周囲360°の視野風景の他、周囲180°や120°等その他種々の広範囲の視野風景を、幾何学変換処理部３に入射するパノラマ情報取得部を適用してもよい。
【０１０９】
また、上述した実施の形態においては、パノラマ情報取得部として、パノラマ風景から得られる可視光をパノラマ情報として幾何学変換処理部３に入射させるパノラマ情報取得部２を適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えばパノラマ風景から得られる、近赤外線及び遠赤外線等の赤外線や、テラヘルツ波及び放射線等の光電磁波、磁気、電気、電子、量子をパノラマ情報として幾何学変換処理部に入射させるパノラマ情報取得部を適用してもよい。この場合、パノラマ撮像装置では、パノラマ情報取得部で得られるパノラマ情報の種類に応じて、当該パノラマ情報に適用可能な幾何学変換処理部、撮像素子を用いることになる。
【符号の説明】
【０１１０】
１，５１  パノラマ撮像装置
２，５２  パノラマ情報取得部
３  幾何学変換処理部
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ  幾何学変換レンズ用液晶レンズ
２１  第１基板
２２  第２基板
２３  液晶レンズ層（屈折率変化層）
３５  液晶分子（屈折率変化手段）
３０  基準電極（第２電極）
３１  ITO電極層（第１電極）
EL2,mn  拡大・縮小用電極（拡大用電極、縮小用電極）
EL1,mn  回転用電極
【図１３】
2013182219.tif 000003
【図１４】
2013182219.tif 000004
【図１５】
2013182219.tif 000005
【図１】
2013182219.tif 000006
【図２】
2013182219.tif 000007
【図３】
2013182219.tif 000008
【図４】
2013182219.tif 000009
【図５】
2013182219.tif 000010
【図６】
2013182219.tif 000011
【図７】
2013182219.tif 000012
【図８】
2013182219.tif 000013
【図９】
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【図１０】
2013182219.tif 000015
【図１１】
2013182219.tif 000016
【図１２】
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【図１６】
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