JP2007121980A - 磁性流体レンズとその応用 - Google Patents

Abstract

【課題】偏った液面制御、大口径化等、新しいデジタル技術が実現できる磁性流体レンズを提供する。
【解決手段】磁性流体１０１をミラーとして用い、液体を永久磁石１０３で吸引することで重力を克服し、大口径の液体ミラーを作る。このミラーは磁気ヘッドや静電ヘッドを用いることで自由度の高い液面制御を可能とする。
【選択図】図１

Description

デジタル撮影技術の進歩により、光学レンズモジュールに対して、より高機能な性能が求められるようになった。この需要に応えるソリューションの一つとして、屈折率の異なる２種類の透過性流体を用いた液体レンズが提案されている。

解決しようとする課題

液体レンズを用いると、小型化、高速化、単純化等のメリットがあり、これらの特性を利用したアプリケーションが多く提案されている。しかしながら流体状の光学デバイスにはこれ以外にも、『映像に意図的なゆがみを与えることができる』、『カメラを固定した状態でも視点移動ができる』、『レンズの中心を複数生成できる』といったような、まだ注目されていない性質がある。これらの性質を利用したカメラシステムを作る場合、液体レンズには偏った液面制御が求められたり、大口径化が求められたりと、これまでに提案されている液体レンズだけでは実現が困難である。

問題解決の手段

本件では磁性流体をミラーとして用い、液体を永久磁石で吸引することで重力を克服し、大口径の液体ミラーを作る技術を実現した。このミラーは磁気ヘッドや静電ヘッドを用いることで自由度の高い液面制御が可能な仕組みとなっており、これまでの液体レンズでは困難であった新しいアプリケーションの実現が可能になる。

発明の詳細な説明

磁性流体レンズ装置
磁性流体をミラーとして用いる。実施例を図１，２，３に示す。永久磁石で磁性流体を吸引することで凸型ミラーを形成する。これにより重力による液漏れも防ぐことができる。必要に応じて、磁気ヘッドや静電ヘッドを用い液面を制御する。磁気で液面が動く原理は、図１５に示すように磁気ヘッドで励磁したときに磁界分布に偏りが生じ、これにより磁性流体の液面が変動することで、磁性流体液面を反射する像の視点移動、ズーム移動が実現される。磁気ヘッドコイルの形状の実施例を図１４に示す。図１４に示すコイルは概要図であり１回巻きに限定したものではない。必要に応じて図１６に示すように電極を設置し、磁性流体と透過性液体の間に電圧を加え液面を制御する。磁性流体の蒸発を抑えるため必要に応じてカバーをかぶせる。必要に応じて無反射ガラスを用いたり、図２に示すように一部で異なる角度をもつカバーを用いたりすることでカバーの写り込みを抑える。必要に応じて、図３に示すように鉄球で磁性流体を挟み込むことで、磁気回路を改善し、液面をより球面に近い形状に保つことができる。必要に応じて図４に示すように永久磁石の距離を変更することで液面の凹凸制御を行う。必要に応じて磁性流体とカバーの間は空気や透過性の流体を充填する。必要に応じて永久磁石と磁性流体の間に曲面補正用のヨークを設置し液面のカーブの微調整を行う。必要に応じて永久磁石にヨークを設置することで図１７に示すように磁界分布の改善、外部への漏れ磁界を抑えることができる。必要応じて図１８に示すように、永久磁石の移動、磁気ヘッドの制御により重力による液面のゆがみを低減する。磁性流体レンズにより与えた像のゆがみにより焦点の位置は変動し一部でピンぼけが生じるため、必要に応じてフォーカスを移動させながら数回に分けて像を取り込み、デジタル処理で合成することでピントの合ったイメージを得る。なお図１，２，３，４，１４，１５，１６，１７，１８は請求項を制限するものではない。

光学ぶれ補正装置
原理図を図７に示すように、磁性流体レンズの液面を変動させることで、この液面を反射し、レンズ群を介してイメージセンサに取り込まれる像の視点移動を行い撮影時のぶれを光学的に抑制する。なお図７は請求項を制限するものではない。

液体魚眼レンズ撮影装置
実施例を図５，６に示すように、磁性流体レンズを用い、液面に写り込んだ像を、レンズ群を介してイメージセンサに取り込む。必要に応じて磁性流体レンズのカーブを制御し、意図的に映像にゆがみを与える。必要に応じてデジタル処理によりゆがみ修正することで、一部の領域を詳細に撮影し、なおかつ全体を広角撮影するようなデジタル撮影が可能となる。ここで図８に例を示す。被写体中の８０１の四角を詳細に撮影し、なおかつ全体も撮影したいとする。従来の撮影方法で光学ズームし８０１を詳細撮影するとその周囲の８０２の四角は撮影できない。一方、ズームアウトして全体を撮影しようとすると、今度は８０１を詳細撮影することができない。ここで磁性流体レンズを用いると、魚眼レンズのような一部を拡大して広角の像をとらえることができ、８０１を詳細に撮影し、なおかつ全体を撮影することができる。レンズは従来の魚眼レンズとは異なり、カメラを動かすことなく磁性流体レンズの視点移動により８０２の詳細撮影も実現可能である。撮影された動画、静止画の視聴時には、必要に応じて、どの部分が詳細なデータを持っているか視聴者側で認知できるＧＵＩを提供し、必要に応じて、ユーザ側のリクエストで視点移動、ズーム移動できるユーザインターフェースを提供する。なお図５，６，８は請求項を制限するものではない。

多重視点デジタル録画装置及び再生装置
磁性流体レンズは電気信号により比較的高速に視点移動が可能であり、図９に示すように、複数の視点を決定し、磁性流体レンズで高速に特定の視点を切り替えながら、順に撮影していくことで、同時に複数の視点の動画、静止画を撮影する。記録媒体が磁気テープであれば、録画時には別々のフレームを順に記録していき、再生時には特定に視点のフレームのみをピックアップして再生する。記録場体がディスクやメモリ場合には、必要に応じて別々のデータ領域に記録していく。再生時には必要に応じて、視聴者側で別の視点情報を持っていることを認知できるＧＵＩ機能を提供し、必要に応じてユーザからのリクエストで視点を切り替えるユーザインターフェースを提供する。必要に応じてマルチフレーム化して、同時に複数の視点のイメージをディスプレイ装置に表示する機能を提供する。なお図９は請求項を制限するものではない。

３次元デジタル撮影装置
図１０に示すように、磁性流体ミラーの視点移動を行い、複数の視点で映像を捉えることで物体を３次元的に捉える。なお図１０は請求項を制限するものではない。

３６０度デジタル撮影装置
図１１，１３に実施例を示すように磁性流体レンズ、カメラを設置すると、液面には広範囲の像が写り込み、レンズ群を介してイメージセンサに取り込むことで、全方位撮影または一部の領域の撮影が可能である。図１２に動作原理を示すように、磁性流体ミラーの視点を移動させることで、特定の方位の映像が磁性流体レンズに大きく写り込み、その領域を詳細に撮影することが可能となる。必要に応じてデジタル処理によりイメージの展開、ゆがみ修正を行う。撮影されたデータを視聴する際には、必要に応じてどの部分が詳細なデータを持っているか、視聴者側で認知できるＧＵＩを提供し、必要に応じて、視聴者側のリクエストで、その部分に視点移動するユーザインターフェースを提供する。必要に応じて動きを検出し、その方向を詳細撮影するように磁性流体レンズで視点移動する機能を提供する。なお図１１，１２，１３は請求項を制限するものではない。

発明の効果
提案する磁性流体レンズにより大口径の液体レンズが実現可能になり、これまでの流体レンズでは実現できなかった新しいデジタル撮影技術が実現される。

実施例
光学手ぶれ装置。流体魚眼レンズ。複数の視点を同時に撮影する撮影装置。局部的な詳細撮影と視点移動が可能なデジタル撮影装置。局部的な詳細撮影と視点移動が可能な全方位デジタル撮影装置。局部的な詳細撮影と視点移動が可能な特定方位デジタル撮影装置。プロジェクタ用の光線の軌道修正用ミラー装置。局部的な詳細撮影と視点移動が可能な天体望遠鏡。局部的な詳細撮影と視点移動が可能な顕微鏡。局部的な詳細撮影と視点移動が可能なスポーツ中継用カメラ。局部的な詳細撮影と視点移動が可能な防犯カメラ。

磁性流体レンズの構成図 （１０１）磁性流体 （１０２）磁気ヘッド （１０３）永久磁石 （１０４）曲面補正用ヨーク （１０５）ヨーク （１０６）透過性液体 （１０７）磁性流体の蒸発を抑えるための透過性のカバー 磁性流体レンズの構成図 （２０１）磁性流体 （２０２）磁気ヘッド （２０３）永久磁石 （２０４）曲面補正用ヨーク （２０５）ヨーク （２０６）透過性液体 （２０７）磁性流体の蒸発を抑えるための透過性のカバー 磁性流体レンズの構成図 （３０１）磁性流体 （３０２）磁気ヘッド （３０３）永久磁石 （３０４）ヨーク （３０５）曲面補正用ヨーク （３０６）透過性液体 （３０７）磁性流体の蒸発を抑えるための透過性のカバー （３０８）鉄球 永久磁石駆動によりズームの原理図 カメラ構成の実施例 （５０１）磁性流体レンズ （５０２）光線 （５０３）レンズ群（具体的なレンズの形状、構成を示したものではない） （５０４）イメージセンサ カメラ構成の実施例 （６０１）磁性流体レズ （６０２）光線 （６０３）レンズ群（具体的なレンズの形状、構成を示したものではない） （６０４）イメージセンサ （６０５）プリズムやミラー 光学手ぶれ補正の原理図 （７０１）被写体 （７０２）移動後の被写体 （７０３）被写体の像の光線 （７０４）被写体の像の光線 （７０５）視点移動前の磁性流体ミラー （７０６）視点移動後の磁性流体ミラー 魚眼レンズとして用いた場合の説明図 （８０１）中心の黒い四角 （８０２）すみの黒い四角 多重視点撮影の原理説明図 ３次元撮影の原理説明図 ３６０度カメラの実施例 （１１０１）磁性流体レンズ （１１０２）レンズ群（具体的なレンズの形状、構成を示したものではない） （１１０３）イメージセンサ ３６０度カメラの原理説明図 （１２０１）カメラが写り込む部分 （１２０２）周辺の映像が写り込む部分 （１２０３）視点移動により詳細に撮影される部分 ３６０度カメラの実施例 （１３０１）磁性流体レンズ （１３０２）カメラ部分（レンズ群とイメージセンサ） （１３０３）周辺からの光を取り込み磁性流体ミラーに集光するためのミラー （１３０４）透過性のカバー 磁気ヘッドの構成の実施例。 （１４０１）１次元の視点移動が可能な磁気ヘッド （１４０２）１次元の視点移動、及びズーム移動が可能な磁気ヘッド （１４０３）２次元の視点移動、及びズーム移動が可能な磁気ヘッド （１４０４）２次元の視点移動が可能な磁気ヘッド 磁性流体の駆動原理の説明図 （１５０１）永久磁石 （１５０２）磁性流体 （１５０３）磁気ヘッド 静電気駆動方式の磁性流体レンズの構成図 （１６０１）磁性流体 （１６０２）透過性液体 （１６０３）永久磁石 （１６０４）磁性流体の蒸発を抑えるための透過性のカバー （１６０５）透過性液体と磁性流体に電圧を加えるための電極 磁性流体レンズの磁気回路の説明図 （１７０１）磁性流体 （１７０２）永久磁石 （１７０３）ヨーク （１７０４）磁束 重力補正技術の説明図。左から重力補正なしのケース、永久磁石を駆動させ重力のゆがみを抑えるケース、磁気ヘッドにより重力のゆがみを抑えるケース。

Claims (6)

1. 磁性流体をミラーとして用い、必要に応じて重力補正や形状維持のための永久磁石を備え、必要に応じて漏れ磁界を抑え磁気回路を改善するためのヨークを備え、必要に応じて磁界分布を調整し、磁性流体液面のカーブを微調整するための補正用ヨークを備え、必要に応じて磁性流体液面を制御するための磁気ヘッドを備え、必要に応じて磁性流体液面を制御するための電極を備え、必要に応じて電流による制御が可能な導電性磁性流体を用い、必要に応じて磁性流体の液面に透過性の流体を充填していることを特徴とする磁性流体ミラー装置。以後、磁性流体レンズと呼ぶ。
2. 磁性流体レンズの液面を変動させることで、この液面を反射してレンズ群を介してイメージセンサに取り込まれる像を視点移動させ、撮影時のぶれを光学的に抑制する機能を有することを特徴とする光学手ぶれ補正装置。
3. 磁性流体レンズを用い液面のカーブを制御することで、この液面を反射してレンズ群を介してイメージセンサに取り込まれる像の視点移動、ズーム移動を行う機能を備え、必要に応じて曲面のカーブを制御することで一部の領域を大きく捉え、詳細に撮影する機能を備え、必要に応じて、この撮影後の動画、静止画のゆがみ修正する機能を備え、必要に応じてこれらの動画、静止画の再生時に、視聴側が一部の座標で詳細な情報を持っていることを認識できるＧＵＩ機能を備え、必要に応じて特定の座標を選択して視点移動、ズーム移動するユーザーインターフェースを備え、必要に応じて視点移動、ズーム移動時に収集された動画、静止画をデジタル処理により合成する機能を備えることを特徴とする液体魚眼レンズ撮影装置。
4. 磁性流体レンズを用い、視点を切り替えながら撮影していくことで、複数の視点を同時に撮影する機能を備え、これらのイメージの再生時には、必要に応じて視聴側が複数の視点の情報を持っていることを認識できるＧＵＩ機能を備え、必要に応じて特定の視点を選択して表示を切り替えるユーザインターフェースを備え、必要に応じて複数の視点情報を別々のフレームとしてディスプレイ装置に表示する機能を備えることを特徴とする多重視点デジタル録画装置及び再生装置。
5. 磁性流体レンズの視点移動により複数の視点で物体を撮影することで、物体を３次元的に捉える機能を備えることを特徴とする３次元デジタル撮影装置
6. 磁性流体レンズを用い、全方位または一部の方位をミラーに写り込ませ、レンズ群を介してイメージセンサに取り込むことで広範囲のイメージを撮影する機能を備え、必要に応じてデジタル処理によりイメージの展開、ゆがみ修正を行う機能を備え、必要に応じて液面のカーブを変更することで特定の領域を詳細撮影する機能を備え、必要に応じて画面中に動きを検出した際に、その方向に視点移動して詳細撮影する機能を備え、これらの動画、静止画の視聴時には、必要に応じて詳細な情報を持っている箇所を認識できるＧＵＩを備え、必要に応じて、その部分に視点移動することができるユーザインターフェースを備えることを特徴とするデジタル撮影装置

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