JP2009042675A - 液晶レンズもしくは液体レンズを備えたカメラ - Google Patents

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Abstract

【課題】 本発明の目的は液晶レンズもしくは液体レンズを用いる事による画質の劣化を防いだカメラを提供することで、また他の目的はバーコードを正確に読み取ることの可能な携帯機器用カメラを提供することである。
【解決手段】 曲面レンズと液晶レンズもしくは液体レンズとの双方のレンズと、撮影モードを設定するスイッチと、画像信号を処理する信号処理回路と、該信号処理回路の出力を記録するレジスタと、該レジスタの内容を表示する表示モニタとを有し、通常撮影モードが設定されている時は前記液晶レンズもしくは液体レンズをOFF状態とし、前記設定スイッチによってマクロ撮影モードが設定されている時は前記液晶レンズもしくは液体レンズをON状態とし、前記信号処理回路は複数の信号処理方式を選択可能に構成し、前記設定スイッチが切り換えられた時は前記信号処理方式を選択し直すようにした。
【選択図】 図4

Description

本発明は液晶レンズもしくは液体レンズを備えたカメラに関し、特にマクロ撮影機構を備えたカメラに関する。
従来マクロ撮影機構を備えたカメラに関しては、通常の撮影モードから近接撮影であるマクロ撮影モードに移行した時の画質維持が大きな問題となっていた。
例えばマクロ撮影時には画像信号を増幅する回路のゲインを上昇させ、一方絞りを絞ってピントを合わせやすくする、すなわちピントの狂いを防いで画質を向上させるという提案がある(例えば特許文献1参照))。
しかし携帯電話のような小型携帯機器に組み込まれるカメラにおいては状況が異なる。
このような小型機器に組み込まれるカメラにおいては機械的なサイズを小さくする必要があるため、オートフォーカス機構やズーム機構はもとより絞り量可変の絞り機構も用いないことが望ましい。一方通常の遠距離撮影モードである通常撮影モードに加え、接写モードであるマクロ撮影モードは必要である。
該通常撮影モードに加え、接写モードを設けるため図8に示すような構造を採用していた。
すなわち図8において、被写体11から発せられる光13は,通常用いられる光学レンズである少なくとも一方が曲面になっている曲面レンズ群を有する鏡筒12、IRカットフィルター14,撮像素子であるセンサー16を介してカメラ内の電子回路であるホスト17に取り込まれる。ホスト(HOST)17はCPUを含みカメラ全体の制御をつかさどる。
通常撮影モードに加え、接写モードを設けるためにマイクロレバー15を設け、該レバー15を切り換えることにより鏡筒12内の曲面レンズ群を上下させ焦点距離を変えることによりモードを切り換えていた。
しかしこのような構造は携帯電話のような小型携帯機器においては小型化の障害になるという問題があった。
このため少なくとも一方が曲面になっている通常の曲面レンズに加え液晶レンズもしくは液体レンズを用い、通常撮影モードとマクロ撮影モードとでそれぞれピント(焦点距離)を切り換えるという考えがある。
図9は液晶レンズ10の例を示した図である。
液晶レンズ10は透明な平面基板104と106の間に液晶物質を挟んで構成されており、平面基板104の液晶物質側には図9で斜線を施した同心円状の透明電極100が形成されており、平面基板106の液晶物質側には該透明電極100を覆うように全面にわたって共通電極が形成されている。問題となるのは同心円状の透明電極100に駆動電圧を印加するための引き出し電極102で、この引き出し電極部102でも光が変調されるため、液晶レンズ10を通して得られる画像が白っぽく、いわゆる白ボケ状態となって画質を落としてしまうという点である。
なお透明電極を多層化してこのような引き出し電極の悪影響を省くという方法もあるが、工程の増加によるコストアップが大きく実現は難しい。
なお以下の図において、同様の部材には同様の番号を付して説明を省略している。
液体レンズは2種類以上の屈折率の異なる液体を同一の筐体に封止し、その境界面の屈折率の異なりにより光を屈折させ、球面レンズを構成するものである。
また、液体の境界面を外部からの信号によって可変することによって球面レンズの形状を可変し、光の屈折の特性を可変させることが出来るレンズである。
本レンズはその特性上、球面レンズしか構成できないため、本発明のようなマクロモード撮影時のような大きな屈折をさせる場合には画像中心と周辺の焦点がずれてしまい易いという問題があった。
また近年バーコードが普及し、特にバーコードが2次元に展開されたQRコードが出現するに至って小型携帯機器でもこれらバーコードを正確に読み取りたいという要求が出てきた。しかし従来の携帯機器用カメラではバーコードを正確に読み取ることは難しいという問題があった。
特開平05−066454
本発明の目的は液晶レンズもしくは液体レンズを用いる事による画質の劣化を防いだカメラを提供することである。
また本発明の他の目的はバーコードを正確に読み取ることの可能な携帯機器用カメラを提供することである。
本発明による液晶レンズもしくは液体レンズを備えたカメラは、少なくとも一方が曲面になっている曲面レンズと液晶レンズもしくは液体レンズとの双方のレンズと、通常撮影モードかマクロ撮影モードかを設定するスイッチと、前記レンズを通して取り込んだ画像信号を処理する信号処理回路と、該信号処理回路の出力を記録するレジスタと、該レジスタの内容を表示する表示モニタとを有し、前記設定スイッチによって通常撮影モードが設定されている時は前記液晶レンズもしくは液体レンズをOFF状態とし、前記設定スイッチによってマクロ撮影モードが設定されている時は前記液晶レンズもしくは液体レンズをON状態とすることを特徴とする。
また本発明による液晶レンズもしくは液体レンズを備えたカメラは、前記信号処理回路が複数の信号処理方式を選択可能に構成され、前記設定スイッチが切り換えられた時は前記信号処理方式を選択し直すよう構成したことを特徴とする。
また本発明による液晶レンズもしくは液体レンズを備えたカメラは、前記信号処理方式を、少なくとも前記液晶レンズもしくは液体レンズがONのときとOFFの時で異なる方式を選択するよう構成したことを特徴とする。
また本発明による液晶レンズもしくは液体レンズを備えたカメラは、 前記液晶レンズもしくは液体レンズがONのとき選択する前記信号処理方式においては、入力輝度レベルに対し出力輝度レベルが低くなるよう処理されていることを特徴とする。
また本発明による液晶レンズもしくは液体レンズを備えたカメラは、前記液晶レンズもしくは液体レンズがONのとき選択する前記信号処理方式においては、入力輝度レベルに閾値が設けられており、該閾値よりも入力輝度が高い時は出力輝度は白レベルに近く、該閾値よりも入力輝度が低い時は出力輝度は黒レベルに近くなるよう処理されていることを特徴とする。
また本発明による液晶レンズもしくは液体レンズを備えたカメラは、少なくとも一方が曲面になっている曲面レンズと液晶レンズもしくは液体レンズとの双方のレンズと、通常撮影モードかマクロ撮影モードかを設定するスイッチと、前記レンズを通して取り込んだ画像信号を処理し、複数の信号処理方式を選択可能に構成された信号処理回路と、該信号処理回路の出力を記録するレジスタと、
該レジスタの内容を表示する表示モニタとを有し、バーコード読み取り時には、前記設定スイッチをマクロ撮影モードに設定し、前記信号処理方式は、入力輝度レベルに閾値が設けられており、該閾値よりも入力輝度が高い時は出力輝度は白レベルに近く、該閾値よりも入力輝度が低い時は出力輝度は黒レベルに近くなるよう処理される方式であることを特徴とする。
また本発明による液晶レンズもしくは液体レンズを備えたカメラは、前記信号処理方式がエッジ強調機能を有することを特徴とする。
また本発明による液晶レンズもしくは液体レンズを備えたカメラは、少なくとも一方が曲面になっている曲面レンズと液晶レンズもしくは液体レンズとの双方のレンズと、通常撮影モードかマクロ撮影モードかを設定するスイッチと、前記レンズを通して取り込んだカラー画像信号を処理し、複数の信号処理方式を選択可能に構成された信号処理回路と、該信号処理回路の出力を記録するレジスタと、該レジスタの内容をカラー表示可能な表示モニタとを有し、バーコード読み取り時には、前記設定スイッチをマクロ撮影モードに設定し、前記信号処理方式は、前記カラー画像信号をモノクローム信号に変換する方式であることを特徴とする。
本発明によれば、液晶レンズもしくは液体レンズを用いる事による画質の劣化を防ぐという、液晶レンズもしくは液体レンズを用いたカメラ特有の問題を解決することが出来る。
また本発明によればバーコードを正確に読み取ることの可能な携帯機器用カメラを実現出来る。
少なくとも一方が曲面になっている曲面レンズと液晶レンズもしくは液体レンズとの双方のレンズと、通常撮影モードかマクロ撮影モードかを設定するスイッチと、前記レンズを通して取り込んだ画像信号を処理する信号処理回路と、該信号処理回路の出力を記録するレジスタと、該レジスタの内容を表示する表示モニタとを有し、前記設定スイッチによって通常撮影モードが設定されている時は前記液晶レンズもしくは液体レンズをOFF状態とし、前記設定スイッチによってマクロ撮影モードが設定されている時は前記液晶レンズもしくは液体レンズをON状態とし、前記信号処理回路は複数の信号処理方式を選択可能に構成し、前記設定スイッチが切り換えられた時は前記信号処理方式を選択し直すようにした。
以下実施例に基づいて本発明の説明を行う。
なお以下の実施例では液晶レンズを備えたカメラの例を説明するが、液体レンズを備えたカメラにおいても同様の構成が可能であり、また効果が期待できる。
図1は本発明による液晶レンズもしくは液体レンズを備えたカメラの画像取り込み系を模式的に示した図である。
被写体11から発せられる光13は液晶レンズ10,通常用いられる光学レンズである少なくとも一方が曲面になっている曲面レンズ群を有する鏡筒12、IRカットフィルター14,撮像素子であるセンサー16を介してカメラ内にあるホスト17に取り込まれる。ホスト(HOST)17はCPUを含みカメラ全体の制御をつかさどる。
すなわち本発明のカメラにおいては液晶レンズ10は常時撮影光路内に置かれており曲面レンズ群は変位させられない。
通常撮影モードの時には液晶レンズ10をOFFにし、接写モードのときはONにすることにより焦点距離を変えている。
図2は本発明による液晶レンズもしくは液体レンズを備えたカメラ98のブロック図である。
図2において、被写体からの光は液晶レンズ10,曲面レンズ18、もろもろの撮影機構20を経てCCD,CMOSセンサー等の撮像素子22の面に結像し光電変換される。そして撮像素子22から出力された撮像信号は信号処理回路24で所定方式の記録用出力に変換されて画像記録レジスタ26で記録され、該画像記録レジスタ26の内容はCPU32の指示によって表示モニタ28に表示される。信号処理回路24は前記撮像信号を増幅する機能を有する。
設定スイッチ30は通常撮影モードかマクロ撮影モードかを設定するもので、例えば2安定スイッチで一方の安定状態の時は遠距離撮影の通常撮影モードを、他方の安定状態の時は近距離撮影のマクロ撮影モードを設定することが出来る。また後述するバーコード読み取り状態は該マクロ撮影モードに含むことも出来る。また設定スイッチ30を3安定スイッチとして第3の安定状態をバーコード読み取りモードとすることも出来るし、設定スイッチ30内に複数のスイッチを設けてバーコード読み取りモード設定専用のスイッチとすることも出来る。CPU32は各ブロックの状態を見てカメラ系全体の制御を行う。CPU32が表示モニタ28に対し現在選択されている撮影モードの表示を指示出来ることは勿論である。レリーズボタン34はいわゆるシャッターで、該ボタン34が操作されるとCPU32は画像を取り込み処理して表示モニタ28への表示を指示する。点線で囲った部分がホスト17である。
すなわち図2の液晶レンズを備えたカメラ98は 少なくとも一方が曲面になっている曲面レンズ18と液晶レンズ10との双方のレンズと、通常撮影モードかマクロ撮影モードかを設定するスイッチ30と、前記レンズを通して取り込んだ画像信号を処理する信号処理回路24と、該信号処理回路の出力を記録するレジスタ26と、該レジスタの内容を表示する表示モニタとを有している。
ここで注意を要するのは、本発明による液晶レンズを備えたカメラ98の実施例は小型化を目的としているためオートフォーカス機構を有していないことである。オートフォーカス機構の代わりに少なくとも2つの撮影モード、遠距離撮影モードである通常撮影モードと、接写モードであるマクロ撮影モードとを有しており、それぞれのモードで少なくとも曲面レンズ18に関しては固定焦点方式を採用している。マクロ撮影モードにおいては液晶レンズ10をONにすることにより焦点を近距離に合わせている。すなわち通常撮影モードとマクロ撮影モードとで曲面レンズ18の焦点距離は等しくしておいて小型化を計り、液晶レンズ10をONにするかOFFにするかのみで焦点距離を変えている。
図3は図2に示した信号処理回路24の構成を示した図である。
図3において、信号処理回路24は画像処理レジスタ46を有し、該画像処理レジスタ46は複数であるN個の信号処理方式36,38,40,42のうち1つを選択回路44で選択して読み込む。例えば映像信号のγ(ガンマ)補正はこの信号処理方式の一種である。 どの信号処理方式を選択するかはCPU32の指示による。
図4は本発明による液晶レンズもしくは液体レンズを備えたカメラ98の接写モード時に有効な画像パラメータ(すなわち信号処理方式)の例である。
図4に示すように接写モードに切り換えたとき、露出(AE)に関しては、主被写体が中央にあるケースが多いため、中央重点の測光ウィンド設定とする。ホワイトバランスモードに関しては、同様に主被写体が中央にあるケースが多いため、中央重点の測光ウィンド設定としまた、被写体の中に大きな単色系の被写体)があることが多いため、追従範囲が狭い設定とする。ガンマ補正に関しては、QRコード認識率向上のため、コントラスト差を大きく設定とする。エッジ強調機能に関しては、同様にQRコード認識率向上のため、強めの設定とすることが考えられる。
これらの設定が信号処理方式である。
すなわち信号処理回路24は複数の信号処理方式を選択可能に構成されている。
図5は本発明による液晶レンズもしくは液体レンズを備えたカメラ98の制御方法を示したフローチャートである。
図5において、48でカメラの電源がONとなると50で初期設定される。ここでは例えば通常撮影モードに設定し液晶レンズをOFFにする。
次に52で設定スイッチ30を調べマクロモードに設定されているかどうかを調べる。
マクロモードに設定されていた場合は53に進んで液晶レンズ10をONにし、54で液晶レンズを用いた場合の信号処理方式を選択する。信号処理方式が選択された場合は図3に示した信号処理回路24内で選択された信号処理方式が画像処理レジスタ46に書き込まれる。
マクロモードに設定されていなかった場合は55に進み液晶レンズ10をOFFにし、55で通常撮影モード用の画像処理方式を選択する。
次に56でシャッターであるレリーズボタン34が操作されたかを監視し、操作された場合は58で液晶レンズ10,曲面レンズ18,撮影機構20,撮像素子22を介して画像を取り込み、60に進んで該取り込んだ画像信号を信号処理回路24で画像信号処理し、該処理された画像信号を62で画像記録レジスタ26に記録し、64で該画像記録レジスタ26の内容を表示モニタ28に表示し52へ戻る。
レリーズボタン34が操作されなかった場合は52へ戻る。
このように本発明のカメラの制御は図5に示したループで待機しているので設定スイッチ30によって撮影モードが切り換えられた時は直ちに液晶レンズのON,OFFが切り換えられ、信号処理方式も切り換えられて画像処理レジスタ46に書き込まれる。
すなわち本発明による液晶レンズを備えたカメラ98は、設定スイッチ30によって通常撮影モードが設定されている時は液晶レンズ10をOFF状態とし、マクロ撮影モードが設定されている時は液晶レンズ10をON状態としている。
またマクロ撮影が設定された時は液晶レンズONとするとともに画像レジスタ46で信号処理方式を読み直しているため、液晶レンズによる画質の変化を表示してしまうことがなく、違和感の発生を抑えることが出来ている。
また信号処理回路24は複数の信号処理方式を選択可能に構成され、設定スイッチ30が切り換えられ撮影モードが変更された場合は信号処理方式を選択し直すよう構成されている。
液晶レンズを用いると、図9で説明したように引き出し電極部102でも光が変調されるため、得られる画像が白っぽく、いわゆる白ボケ状態となって画質を落としてしまうという問題がった。しかし本発明による液晶レンズを備えたカメラ98においては、液晶レンズ10を通して得られた画像を表示する前に信号処理回路24で信号処理方式を液晶レンズ用のものに選択し直しておくため、白ボケ画像を表示モニタ28に映ることを防ぐことが出来、違和感を生じる事態を回避出来る。
図6は図3で示した信号処理方式の一実施例で液晶レンズ10がONの時、液晶レンズ10による画像白ボケ対策を施したものである。
図6において、横軸は入力輝度を、縦軸は出力輝度を示している。横軸に示したBwはカメラが実際に認識出来る黒から白の幅を示している。
点線66は入力輝度と出力輝度が等しい点を結んでいるが、太線68で示した信号処理結果の曲線は点線66よりも出力信号の輝度が小さい方向にシフトしている。
このような処理は入力輝度よりも出力輝度を大きくして黒部分の分解能をあげる、いわゆるナイトモードと逆の処理で、液晶レンズによる白ボケを防ぐ液晶レンズを用いた場合特有の問題である。
このような処理方式に切り換えることにより、液晶レンズを用いることで白っぽくなってしまった画像の白っぽさを除去することが出来る。
一方液晶レンズ10がOFFのときの信号処理はいわゆる公知のγ補正を行う。図6に示した画像白ボケ対策の信号処理は、ガンマ補正と画像白ボケ対策を合わせたものにすることが望ましく、その具体的な変換値は実際に採用する曲面レンズ、液晶レンズ等の特性による。
すなわち本発明の液晶レンズを備えたカメラは、少なくとも液晶レンズがONのときとOFFの時とで異なる信号処理方式を選択するよう構成している。
また液晶レンズがONのとき選択する信号処理方式においては、入力輝度レベルに対し出力輝度レベルが低くなるよう処理されている。
図7は信号処理方式の第2の実施例で、バーコードを正確に読み取る方策を施したものである。バーコード読み取りはマクロ撮影モードで行われるので、図7に示した信号処理方式はマクロ撮影モードで選択されるものである。
図7は図6と同様に、横軸は入力輝度を、縦軸は出力輝度を、横軸に示したBwはカメラが実際に認識出来る黒から白の幅を示しており、点線66は入力輝度と出力輝度が等しい点を結んでいる。
図7に示した信号処理方式においては、入力輝度の閾値Bthを設けており、該閾値Bthよりも入力輝度が高い時は出力輝度は白レベルに近い太線72とし、該閾値Bthよりも入力輝度が低い時は出力輝度は黒レベルに近い太線70となるよう処理している。
このように画像信号を処理することにより、白と黒の2値で表されたバーコードを正確に読み取ることが出来る。この信号処理方式はバーコード読み取りモードで用いると特に効果がある。
バーコード読み取りモードにおいては液晶レンズ10をONにしてピントを近距離に合わせる。
また公知のエッジ強調機能を持たせることも有効である。
さらに通常カラーで扱われる画像信号を白黒のみのモノクローム信号に変換することもバーコード読み取りの正確さを上昇させることに有効である。このような変換方式は前記信号処理方式の一つとして信号処理回路24内に設けることができるのは勿論である。
近年バーコードが普及し、特にバーコードが2次元に展開されたQRコードが出現するに至って小型携帯機器用のカメラではバーコードを正確には読み取れない、特にQRコードは読み取りエラーが多いという問題があったが、図7で説明した信号処理方式を用いればそれらの問題を解決可能である。
以上本明細書の実施例では液晶レンズを用いる場合について説明したが、液晶レンズの代わりに液体レンズを用いても同様の効果を生じさせることが出来る。
本発明による液晶レンズもしくは液体レンズを備えたカメラの画像取り込み系を模式的に示した図である。 本発明によるカメラのブロック図である。 本発明による液晶レンズもしくは液体レンズを備えたカメラの信号処理回路の構成を示した図である。 本発明による液晶レンズもしくは液体レンズを備えたカメラの接写モード時に有効な信号処理方式の例である。 本発明による液晶レンズもしくは液体レンズを備えたカメラの制御方法を示したフローチャートである。 本発明による液晶レンズもしくは液体レンズの信号処理方式の第1の実施例である。 本発明による液晶レンズもしくは液体レンズの信号処理方式の第2の実施例である。 従来のカメラ構造を示す図である。 液晶レンズの例を示した図である。
符号の説明
18 曲面レンズ
10 液晶レンズ
30 設定スイッチ
24 信号処理回路
26 画像記録レジスタ
28 表示モニタ
98 液晶レンズを備えたカメラ
36,38,40,42 複数の信号処理方式
Bth 閾値
72 白レベルに近い輝度
70 黒レベルに近い輝度

Claims (8)

  1. 少なくとも一方が曲面になっている曲面レンズと液晶レンズもしくは液体レンズとの双方のレンズと、
    通常撮影モードかマクロ撮影モードかを設定するスイッチと、
    前記レンズを通して取り込んだ画像信号を処理する信号処理回路と、
    該信号処理回路の出力を記録するレジスタと、
    該レジスタの内容を表示する表示モニタとを有し、
    前記設定スイッチによって通常撮影モードが設定されている時は前記液晶レンズもしくは液体レンズをOFF状態とし、
    前記設定スイッチによってマクロ撮影モードが設定されている時は前記液晶レンズもしくは液体レンズをON状態とすることを特徴とする液晶レンズもしくは液体レンズを備えたカメラ。
  2. 前記信号処理回路は複数の信号処理方式を選択可能に構成され、
    前記設定スイッチが切り換えられた時は前記信号処理方式を選択し直すよう構成したことを特徴とする請求項1記載の液晶レンズもしくは液体レンズを備えたカメラ。
  3. 前記信号処理方式は、少なくとも前記液晶レンズもしくは液体レンズがONのときとOFFの時で異なる方式を選択するよう構成したことを特徴とする請求項2記載の液晶レンズもしくは液体レンズを備えたカメラ。
  4. 前記液晶レンズがONのとき選択する前記信号処理方式においては、入力輝度レベルに対し出力輝度レベルが低くなるよう処理されていることを特徴とする請求項3記載の液晶レンズもしくは液体レンズを備えたカメラ。
  5. 前記液晶レンズもしくは液体レンズがONのとき選択する前記信号処理方式においては、入力輝度レベルに閾値が設けられており、該閾値よりも入力輝度が高い時は出力輝度は白レベルに近く、該閾値よりも入力輝度が低い時は出力輝度は黒レベルに近くなるよう処理されていることを特徴とする請求項3記載の液晶レンズを備えたカメラ。
  6. 液晶レンズもしくは液体レンズを備えたカメラにおいて、該カメラは、
    少なくとも一方が曲面になっている曲面レンズと液晶レンズもしくは液体レンズとの双方のレンズと、
    通常撮影モードかマクロ撮影モードかを設定するスイッチと、
    前記レンズを通して取り込んだ画像信号を処理し、複数の信号処理方式を選択可能に構成された信号処理回路と、
    該信号処理回路の出力を記録するレジスタと、
    該レジスタの内容を表示する表示モニタとを有し、
    バーコード読み取り時には、
    前記設定スイッチをマクロ撮影モードに設定し、
    前記信号処理方式は、入力輝度レベルに閾値が設けられており、該閾値よりも入力輝度が高い時は出力輝度は白レベルに近く、該閾値よりも入力輝度が低い時は出力輝度は黒レベルに近くなるよう処理される方式である
    ことを特徴とする液晶レンズもしくは液体レンズを備えたカメラ。
  7. 前記信号処理方式はエッジ強調機能を有する
    ことを特徴とする請求項6記載の液晶レンズもしくは液体レンズを備えたカメラ。
  8. 液晶レンズもしくは液体レンズを備えたカメラにおいて、該カメラは、
    少なくとも一方が曲面になっている曲面レンズと液晶レンズもしくは液体レンズとの双方のレンズと、
    通常撮影モードかマクロ撮影モードかを設定するスイッチと、
    前記レンズを通して取り込んだカラー画像信号を処理し、複数の信号処理方式を選択可能に構成された信号処理回路と、
    該信号処理回路の出力を記録するレジスタと、
    該レジスタの内容をカラー表示可能な表示モニタとを有し、
    バーコード読み取り時には、
    前記設定スイッチをマクロ撮影モードに設定し、
    前記信号処理方式は、前記カラー画像信号をモノクローム信号に変換する方式である
    ことを特徴とする液晶レンズもしくは液体レンズを備えたカメラ。
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