光学素子、固体撮像装置、携帯情報端末、および表示装置
【課題】周囲環境温度の影響を受けにくく、焦点距離を変えるための切り替えの応答性が良好である、光学素子、固体撮像装置、携帯情報端末、および表示装置を提供することを可能にする。
【解決手段】第１面に凸形状の複数のレンズが設けられ、第１面に対向する第２面は平坦形状となっているレンズアレイと、レンズアレイに対向する面に、レンズアレイの各レンズに対応して設けられた凹部を有し、この凹部は、凹部に対応する凸形状のレンズが嵌り込むことが可能なサイズを有しているレンズホルダと、レンズアレイおよびレンズアレイホルダの少なくとも一方を駆動して、レンズアレイの凸形状のレンズとレンズアレイホルダの凹部とを離間状態または接触状態にする駆動部と、を備えている。
【解決手段】第１面に凸形状の複数のレンズが設けられ、第１面に対向する第２面は平坦形状となっているレンズアレイと、レンズアレイに対向する面に、レンズアレイの各レンズに対応して設けられた凹部を有し、この凹部は、凹部に対応する凸形状のレンズが嵌り込むことが可能なサイズを有しているレンズホルダと、レンズアレイおよびレンズアレイホルダの少なくとも一方を駆動して、レンズアレイの凸形状のレンズとレンズアレイホルダの凹部とを離間状態または接触状態にする駆動部と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、光学素子、固体撮像装置、携帯情報端末、および表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２次元アレイ情報として奥行き方向の距離を得ることができる撮像技術は、参照光を使用する方法、複数カメラを使用したステレオ測距方法など様々な方法が検討されている。特に近年は、民生用途での新たな入力デバイスとして比較的廉価な製品のニーズが高まっている。ライトフィールドフォトグラフィ技術を利用した撮像装置においては、ライトフィールドフォトグラフィ技術を用いない通常の高解像度での撮像モードと、ライトフィールドフォトグラフィ技術に基づく撮像モードとの切り替えが可能であり、前者の撮像モードではマイクロレンズが不要で、後者の撮像モードではマイクロレンズを光軸上に配置する必要がある。
【０００３】
ライトフィールドカメラは、通常のカメラにおける絞りの機構を拡張したものとみなすことができ、光学的には多眼カメラにより実現される。ライトフィールドカメラでは、様々な画角で焦点の異なった複数の画像を同時に撮影する。このような画像データを解析することにより、領域全体で焦点の合っている画像を生成できる。さらに、被写界深度を利用した距離計測や、画像データ解析による光源方向の推定もでき、従来のカメラでは得られない情報も取得できる。
【０００４】
そこで、多視差画像を得ることができかつ解像度低下を抑えるための構成として、結像レンズを持つ多眼方式の撮像装置が提案されている。この撮像装置は、撮像レンズ、撮像レンズを透過した光が入射するマクロレンズアレイ部、およびマイクロレンズアレイ部から出射された光を受光する撮像素子を備えており、マイクロレンズアレイ部を構成する各マイクロレンズは、印加される電圧に応じて焦点距離が可変となる可変焦点レンズである。
【０００５】
可変焦点レンズの一例として、液晶レンズが挙げられる。この液晶レンズは、液晶をレンズ状の空間に封入し印加する電圧を調整することにより、液晶の見かけの屈折率を変化させるもので、同じ形状のレンズであってもそれを構成する材料の屈折率が変化させることによりレンズの焦点距離を変化させるものである。
【０００６】
しかし、可変焦点レンズとして液晶レンズを用いた場合、所望の屈折率を実現する特殊な材料の選定が必要になるとともに、これらの材料を封止するレンズ構成は複雑なものとなり、製造コストの増大に繋がる。また、液晶レンズは環境温度の影響を受けやすく、周囲環境温度の変化に応じて焦点距離が変化する恐れがある。さらに、焦点距離を変えるための切り替えを、高速に行うことは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１６７３９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、周囲環境温度の影響を受けにくく、焦点距離を変えるための切り替えの応答性が良好である、光学素子、固体撮像装置、携帯情報端末、および表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本実施形態の光学素子は、第１面に凸形状の複数のレンズが設けられ、前記第１面に対向する第２面は平坦形状となっているレンズアレイと、前記レンズアレイに対向する面に、前記レンズアレイの各レンズに対応して設けられた凹部を有し、この凹部は、前記凹部に対応する前記凸形状のレンズが嵌り込むことが可能なサイズを有しているレンズホルダと、前記レンズアレイおよび前記レンズアレイホルダの少なくとも一方を駆動して、前記レンズアレイの前記凸形状のレンズと前記レンズアレイホルダの前記凹部とを離間状態または接触状態にする駆動部と、を備えていることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態による固体撮像装置を示す断面図。
【図２】第１実施形態の固体撮像装置に係る光学素子を説明する断面図。
【図３】図２に示す光学素子の機能を説明する図。
【図４】図２に示す光学素子の駆動方式の第１具体例を説明する図。
【図５】図２に示す光学素子の駆動方式の第２具体例を説明する図。
【図６】図２に示す光学素子の駆動方式の第３具体例を説明する図。
【図７】第２実施形態による固体撮像装置を示す断面図。
【図８】図８（ａ）乃至８（ｃ）は第２実施形態に係る光学素子のレンズ要素の第１具体例を示す図。
【図９】図９（ａ）乃至９（ｃ）は第２実施形態に係る光学素子のレンズ要素の第２具体例を示す図。
【図１０】図１０（ａ）乃至１０（ｃ）は第２実施形態に係る光学素子のレンズ要素の第３具体例を示す図。
【図１１】第３実施形態による表示装置を示すブロック図。
【図１２】第１または第２実施形態の固体撮像装置を用いた携帯情報端末の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号が付してある。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１２】
（第１実施形態）
第１実施形態の固体撮像装置を図１乃至図６を参照して説明する。第１実施形態の固体撮像装置の断面を図１に示す。この固体撮像装置は、半導体基板２と、この半導体基板２上に形成されたフォトダイオードを有する複数の画素４と、これらの画素４の上部に形成されたカラーフィルタ６と、半導体基板２に形成されて上記複数の画素４を駆動してこれらの画素４からの信号を読み出す駆動／読出し回路（図示せず）と、を有する撮像素子１を備えている。なお、複数の画素４は複数の画素ブロック（図示せず）に分けられる。また、画素４およびカラーフィルタ６が形成された半導体基板２の上方には、焦点距離が可変でかつ可視光を透過する光学素子１０が設けられている。この光学素子１０の構成および作用については、後で詳細に説明する。光学素子１０は、画素が形成された撮像領域の周囲に設けられた樹脂材料のスペーサ８によって半導体基板２と接合される。なお、半導体基板２と光学素子１０とを接合する際の位置合わせは、図示しない合わせマーク等を基準にして行う。
【００１３】
また、半導体基板２には、画素４の読出し用電極パッド２２が設けられ、この電極パッド２２の下部には半導体基板２を貫通する貫通電極２４が形成されている。そして半導体基板２は、貫通電極２４およびバンプ２６を介してチップ３０と電気的に接続される。このチップ３０には、撮像装置を駆動し読み出された信号を処理する駆動処理回路が形成されている。
【００１４】
また、光学素子１０の上方には結像レンズ４０が設けられ、この結像レンズ４０はレンズ鏡筒４２に取り付けられ、このレンズ鏡筒４２はレンズホルダ４４に取り付けられる。レンズホルダ４４は光学素子１０のレンズが設けられていない周囲の領域上に接合される。この結像レンズ４０の取り付け時に、押し付け圧と出力像の関係から結像レンズ４０の焦点距離の調整をしても良い。なお、半導体基板２、光学素子１０、およびチップ３０の周囲には、不要な光を遮断するための光遮蔽カバー５０が取り付けられる。そして、光遮蔽カバー５０にチップ３０と外部とを電気的に接続するモジュール電極５２が設けられる。
【００１５】
次に、光学素子１０について、図２（ａ）乃至図３（ｂ）を参照して説明する。この光学素子１０は、レンズアレイ１０ａと、レンズホルダ１０ｂとを有している。レンズアレイ１０ａは、一方の面に凸形状の複数のレンズが設けられ、他方の面は平坦形状となっている。なお、レンズアレイ１０ａの各レンズは各画素ブロックに対応して設けられる。複数のレンズが設けられている、レンズアレイ１０ａの一方の面はレンズホルダ１０ｂに対向するように配置される。レンズホルダ１０ｂは、レンズアレイ１０ａに対向する面に、レンズアレイ１０ａの各レンズと同一の曲率を有する凹部が各レンズに対応して設けられる。レンズアレイ１０ａと、レンズホルダ１０ｂとは、レンズアレイ１０ａの各レンズと、レンズホルダ１０ｂの凹部が組み合わさると、図２（ａ）に示すように接触状態である一体構造の光学素子となるが、図２（ｂ）に示すように、所定の距離をおいて離間状態とすることも可能である。レンズアレイ１０ａと、レンズホルダ１０ｂとを接触状態にするか、または離間状態にするかは、図示しない駆動機構によって行う。なお、レンズアレイ１０ａおよびレンズホルダ１０ｂは、同じ屈折率を有しており、例えば同じ材料から形成される。
【００１６】
接触状態においては、レンズアレイ１０ａとレンズホルダ１０ｂは同一の屈折率を有す透明材料であることから、見かけ上一体構造の透明基板を構成するため、レンズ機能が生じず、光学素子１０の上部からの光は図３（ａ）に示すように一般的な平行光として、その下部に位置する撮像素子１に到達する。
【００１７】
一方、離間状態においては、レンズホルダ１０ｂに入射した光波は、その凹部により、光波は外側へと屈折して出射し、その後、下方に位置するレンズアレイ１０ａの各レンズへ入射する。各レンズは凸状の形状を有し、レンズホルダ１０ｂから出射した光は、レンズに取り込まれる。そして、その下方、即ち撮像素子１の各画素ブロックに像を形成する（図３（ｂ））。すなわち、光学素子１０にはレンズ機能が生じる。
【００１８】
つまり、レンズホルダ１０ｂと、レンズアレイ１０ａの位置が、接触しているか、または離間しているかにより焦点が変化する。接触状態で通常の撮影モード、離間状態でライトフィールド撮影モードとなるように切り替えることが可能になる。本方式によれば、通常の撮影モード時も解像度を低下することが無く、高解像度の画像の出力を実現することができる。
【００１９】
次に、光学素子１０を駆動する方式について説明する。
【００２０】
（第１具体例）
図４に、光学素子１０を駆動する方式の第１具体例を示す。この第１具体例の駆動方式は、透明材料で形成された凸形状のレンズを有するレンズアレイ１０ａと、透明材料で形成された凹部を有するレンズホルダ１０ｂとを対向配置する。そして、レンズホルダ１０ｂの外周に圧電アクチュエータを有する圧電駆動部１１を形成する。この圧電駆動部１１と、レンズホルダ１０ｂは一体となっている。そして、圧電駆動部１１またはレンズホルダ１０ｂと、レンズアレイ１０ａとは、４つの角部で接続部１０ｃによって接続される。圧電アクチュエータには、ＺｎＯ、ＰＺＴ（Ｐｂ（ＺｒｘＴｉ１−ｘ）Ｏ３））、ＬｉＮｂＯ３、ＡｉＮ等を用いることができる。凹部を有したレンズホルダ１０ｂは、ＳｉＯ２のような絶縁性の光学的に透明な材料を用いる。また、有機系樹脂を用いても良い。レンズホルダ１０ｂの外周に設置された圧電アクチュエータには、その上面および下面に外部から電圧の印加が可能な電極が設けられ、これの電極に電圧を印加することで圧電効果により下方へ変位する。下方へ変位したレンズホルダ１０ｂは、凸形状のレンズを有するレンズアレイ１０ａと接触状態または離間状態（非接触状態）となり、焦点を可変とすることが可能になる。ここで、前述のとおり、レンズホルダ１０ｂの光透過部の透明材料は、レンズアレイ１０ａを形成する材料と屈折率的に一致している必要がある。
【００２１】
（第２具体例）
図５に、光学素子１０を駆動する方式の第２具体例を示す。この第２具体例の駆動方式は、透明材料で形成された凸形状のレンズを有するレンズアレイ１０ａと、透明材料で形成された凹部を有するレンズホルダ１０ｂとを対向配置する。そして、レンズホルダ１０ｂの外周に圧電アクチュエータを有する圧電駆動部１１を形成する。この圧電駆動部１１と、レンズホルダ１０ｂは一体となっている。そして、圧電駆動部１１またはレンズアレイ１０ａと、レンズホルダ１０ｂとは、４つの角部で接続部１０ｃによって接続される。圧電アクチュエータは、第１具体例で説明した場合と、同様に、ＺｎＯ、ＰＺＴ、ＬｉＮｂＯ３、ＡｉＮ等を用いることができる。またレンズホルダ１０ｂは、ＳｉＯ２のような絶縁性の光学的に透明な材料を用いる。また、有機系樹脂を用いても良い。また、この第２具体例においては、レンズアレイ１０ａの外周に設置された圧電駆動部１１には、その上面および下面に外部から電圧の印加が可能な電極が設けられ、これらの電極に電圧を印加することで圧電効果により上方へ変位する。上方へ変位したレンズアレイ１０ａは、レンズホルダ１０ｂと接触状態または離間状態（非接触状態）となり、焦点を可変とすることが可能になる。ここで、前述のとおり、レンズホルダ１０ｂの光波透過部の透明材料は、レンズアレイ１０ａを形成する材料と屈折率的に一致している必要がある。
【００２２】
（第３具体例）
図６に、光学素子１０を駆動する方式の第３具体例を示す。
【００２３】
第１および第２具体例においては、レンズホルダ１０ｂおよびレンズアレイ１０ａの何れかを圧電駆動し、接触状態または非接触状態となるように駆動したが、勿論レンズホルダ１０ｂおよびレンズアレイ１０ａの双方を駆動しても良い。これを第３具体例として説明する。この第３具体例の駆動方式は、レンズホルダ１０ｂとレンズアレイ１０ａに、双方に対向する位置に電極を設け、平行平板型のコンデンサを構成する。そして上記電極に電圧を印加する静電駆動により、レンズホルダ１０ｂ、レンズアレイ１０ａの接触状態または非接触状態を実現する。
【００２４】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態による固体撮像装置を図７（ａ）、７（ｂ）を参照して説明する。図７（ａ）、７（ｂ）は第２実施形態の固体撮像装置の動作を説明する断面である。この第２実施形態の固体撮像装置は、第１実施形態の固体撮像装置において、光学素子１０を光学素子１２に置き換えた構成となっており、光学素子１２は、駆動回路２００によって静電気的に駆動され、レンズ形状となるように変形される。なお、第２実施形態の撮像素子１は、支持基板１００上に形成される。
【００２５】
光学素子１２は、撮像素子１上に設けられ、撮像素子１が設けられた側と反対側の表面に２次元に配列された複数の空孔１２ｂが設けられた透明基板１２ａと、この透明基板１２ａ上に設けられた可塑性の透明膜１２ｃと、複数の空孔１２ｂに対応する透明膜１２の領域上に、透明膜１２に接着するように設けられた複数の透明電極１２ｄと、透明膜１２ｃの周辺に設けられたスペーサ層１２ｅと、複数の透明電極１２ｄに対向するようにスペーサ層１２ｅ上に設けられた透明な対向電極１２ｆとを備えている。したがって、複数の透明電極１２ｄと、対向電極１２ｆとの間には空洞（エアギャップ）１３が形成される。
【００２６】
可塑性の透明膜１２ｃの材料として、ポリイミド、ＳＵ−８、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）樹脂、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）樹脂など透明樹脂膜等を用いることができる。また、透明電極１２ｄおよび透明な対向電極１２ｆとして、ＺｎＯやＩＴＯ等を用いることができる。透明電極１２ｄは後述する可塑性の透明膜１２ｃの変形とともに変形可能な厚さを有している。また、対向電極１２ｆは剛性を高めるために透明基板に貼り付けることにように設けてもよい。この場合、対向電極１２ｆの膜厚を薄くすることができる。
【００２７】
複数の透明電極１２ｄと、対向電極１２ｆとの間に駆動回路２００によって電圧を印加することによって、光学素子１２は駆動される。複数の透明電極１２ｄと、対向電極１２ｆとの間に電圧が印加されない場合には、可塑性の透明膜１２ｃは平坦な形状となっている（図７（ａ）参照）。複数の透明電極１２ｄと、対向電極１２ｆとの間に駆動回路２００によって電圧を印加すると、エアギャップ１３中に静電界が発生される。そして、可塑性の透明膜１２ｃの下部に空孔１２ｂが存在し、空孔１２ｂの周囲が固定されているため、これらは電圧の印加に伴い静電気力により、可塑性の透明膜１２ｃおよび透明電極は、対向電極１２ｆ側へ引き寄せられ、レンズ状の形状となる（図７（ｂ）参照）。すなわち、電圧が印加されないときは、可塑性の透明膜１２ｃは平坦な状態を保持し、単なる光の透過部材として作用する。一方、電圧が印加されたときは、可塑性の透明膜１２ｃは各透明電極１２ｄに対応する部分が変形して任意の曲率を有した複数のレンズ形状を保持し、レンズとして機能することが可能になる。したがって、光学素子１２は、焦点を可変とすることができる。なお、可塑性の透明膜１２ｃの透明電極１２ｄに対応する部分（空孔１２ｂに対応する部分）がレンズ形状に変形するとき、各透明電極１２ｄも可塑性の透明膜１２ｃの変形に沿った変形する（図７（ｂ）参照）。各透明電極１２ｄと、この透明電極１２ｄに対応する可塑性の透明膜１２ｃの部分がレンズ要素を構成する。そして、各レンズ要素においては、駆動回路２００によって電圧が印加されない場合には透明電極１２ｄおよびこの透明電極１２ｄに対応する可塑性の透明膜１２ｃの部分は平坦形状となり、駆動回路２００によって電圧が印加された場合には、透明電極１２ｄおよびこの透明電極１２ｄに対応する可塑性の透明膜１２ｃの部分はレンズ形状になる。
【００２８】
（第１具体例）
この光学素子１２における一つのレンズ要素の第１具体例の構成を図８（ａ）、８（ｂ）、８（ｃ）を参照して説明する。図８（ａ）にレンズ要素の第１具体例の断面図を示す。この第１具体例のレンズ要素は、表面に空孔１２ｂが設けられた透明基板１２ａ上に設けられた可塑性の透明膜１２ｃと、この透明膜１２ｃ上に接着して設けられた透明電極１２ｄと、ギャップ１３を挟んで透明電極１２ｄに対向するように設けられた対向電極１２ｆと、この対向電極１２ｆが形成される透明基板１２ｇとを備えている。図８（ｂ）に、透明電極１２ｄ側から見た対向電極１２ｆおよび透明基板１２ｇを示す平面図を示す。対向電極１２ｆは、図７（ａ）、７（ｂ）では、複数のレンズ要素に対して一つの共通な電極であったが、この第１具体例では、図８（ｂ）からわかるように、各レンズ要素に対して、個別に設けられた構成となっている。各対向電極１２ｆは矩形形状を有するとともに、各対向電極１２ｆに対して電圧を印加するための配線１２ｈが設けられている。図８（ｃ）は、対向電極１２ｆが設けられた透明基板１２ｇの斜視図である。なお、第１具体例において、可塑性の透明膜１２ｃ上に設けられる透明電極１２ｄは、複数のレンズ要素に対して共通な一つの透明電極としてもよい。
【００２９】
また、対向電極を複数のレンズ要素に対して一つの共通な電極とし、可塑性の透明膜１２ｃ上に設けられる透明電極１２ｄを図８（ｂ）に示す形状となるように構成してもよい。この場合は、第１具体例に比べて、透明電極１２ｄと対向電極１２ｆとの位置合わせを精度良く行うことができる。
【００３０】
（第２具体例）
光学素子１２における一つのレンズ要素の第２具体例の構成を図９（ａ）、９（ｂ）、９（ｃ）を参照して説明する。図９（ａ）にレンズ要素の第２具体例の断面図を示す。この第２具体例のレンズ要素は、図８（ａ）乃至図８（ｃ）に示す第１具体例において、透明電極１２ｆの平面形状を図９（ｂ）に示すような任意の間隔を有した渦状にした構成となっている。図９（ｂ）は透明電極１２ｄ側から見た対向電極１２ｆおよび透明基板１２ｇを示す平面図であり、図９（ｃ）は対向電極１２ｆが設けられた透明基板１２ｇの斜視図である。なお、第２具体例において、可塑性の透明膜１２ｃ上に設けられる透明電極１２ｄは、複数のレンズ要素に対して共通な一つの透明電極としてもよい。
【００３１】
また、対向電極を複数のレンズ要素に対して一つの共通な電極とし、可塑性の透明膜１２ｃ上に設けられる透明電極１２ｄを図９（ｂ）に示す形状となるように構成してもよい。この場合は、第２具体例に比べて、透明電極１２ｄと対向電極１２ｆとの位置合わせを精度良く行うことができる。
【００３２】
（第３具体例）
光学素子１２における一つのレンズ要素の第３具体例の構成を図１０（ａ）、１０（ｂ）、１０（ｃ）を参照して説明する。図１０（ａ）にレンズ要素の第３具体例の断面図を示す。この第３具体例のレンズ要素は、図８（ａ）乃至図８（ｃ）に示す第１具体例において、透明電極１２ｆを図９（ｂ）に示すようにビラミッドのような厚さ方向に段を有した形状とした構成となっている。図１０（ｂ）は透明電極１２ｄ側から見た対向電極１２ｆおよび透明基板１２ｇを示す平面図であり、図１０（ｃ）は対向電極１２ｆが設けられた透明基板１２ｇの斜視図である。なお、第３具体例において、可塑性の透明膜１２ｃ上に設けられる透明電極１２ｄは、複数のレンズ要素に対して共通な一つの透明電極としてもよい。
【００３３】
また、対向電極を複数のレンズ要素に対して一つの共通な電極とし、可塑性の透明膜１２ｃ上に設けられる透明電極１２ｄを図１０（ｂ）に示す形状となるように構成してもよい。この場合は、第２具体例に比べて、透明電極１２ｄと対向電極１２ｆとの位置合わせを精度良く行うことができる。
【００３４】
第１具体例のように、各レンズ要素の透明電極として図８（ｂ）に示す単純な矩形形状である場合には、透明電極の電極面積を大きくすることができるため、静電気力、即ち変位量を大きくすることができる。これに対して、第２または第３具体例にように、各レンズ要素の透明電極として図９（ｂ）または図１０（ｂ）に示す形状である場合には、静電エネルギーの分布をもたらすことが可能になる。これにより任意の曲率を有したレンズ形状への変形も可能になる。第１乃至第３具体例においては、図８（ｂ）、図９（ｂ）、図１０（ｂ）に示すように、透明電極は矩形形状であったが、円形形状でも良い。
【００３５】
なお、第１および第２実施形態の固体撮像装置は、スチルカメラばかりでなく、携帯情報端末、例えば図１２に示す携帯情報端末４００に適用することができる。図１２に示す携帯情報端末は一例であって、符号１は第１または第２実施形態における固体撮像装置の撮像素子を示す。
【００３６】
（第３実施形態）
第３実施形態による表示装置について図１１を参照して説明する。図１１は第３実施形態の表示装置を示すブロック図である。この第３実施形態の表示装置３００は、２次元画像と３次元画像とを切り替えて表示することが可能な表示装置であって、表示パネル３１０と、駆動回路３２０と、焦点が可変な光学素子３３０とを備えている。表示パネル３１０は、画素がマトリクス状に配置された表示画面を有している。表示画面内に位置が定められた画素が平面的にマトリクス状に配置されているものであれば、直視型や投影型の液晶表示パネル、プラズマ表示パネル、電界放出型表示パネル、または有機ＥＬ表示パネルなどであってもよい。
【００３７】
駆動回路３２０は、表示パネル３１０を駆動し、外部から送られてくる映像信号（表示データ）を表示パネル３１０に送って表示パネル３１０の画素に上記表示データを割り当て、２次元画像を表示するかまたは３次元画像を表示するように、表示パネル３１０を駆動する。なお、駆動回路３２０は表示パネル３１０と一体となっていてもよいし、表示パネル３１０の外に設けられていてもよい。
【００３８】
光学素子３３０は、表示パネル３１０の前面に設けられ、表示パネル３１０の画素からの光線を制御し、焦点が可変な構成を有している。この光学素子３３０は、例えば、第１実施形態で説明した光学素子１０または第２実施形態で説明した光学素子１２であり、光線を直進させる機能およびレンズ機能を切り替えて用いることができる。例えば、表示装置が２次元画像を表示する場合には光線を直進させる機能を用い、３次元画像を表示する場合にはレンズ機能を用いる。光線を直進させる機能およびレンズ機能の切り替えは、駆動回路３２０に入力する映像信号に基づいて駆動回路３４０が自動的に行ってよいし、視聴者がリモートコントローラ３５０を用いて駆動回路３４０に指令信号を送り、この指令信号に基づいて駆動回路３４０が行ってよい。この場合、この表示装置３００においては、外部から送られてくる映像信号が２次元映像信号であるときには、周知の技術を用いて２次元映像信号から奥行き情報を推定または検出し、推定または検出された奥行き情報を用いて３次元映像信号を生成する機能を表示パネル３１０または駆動回路３２０が備えていることが好ましい。奥行き情報の推定または検出は、例えば、画像の動きベクトルを求め、この動きベクトルを用いて行うことができる。
【００３９】
また、光学素子３１０の各レンズには、第１および第２実施形態の場合と同様に、複数の画素（画素ブロック）が割り当てられる。光線を直進させる機能およびレンズ機能を切り替えて用いることができる光学素子３１０を、３次元画像が表示可能な表示装置に用いると、２次元画像を表示する際に解像度を低下させることなく、表示することができる。
【００４０】
なお、第３実施形態の表示装置に用いる光学素子は、レンズ形状が半円柱状の形状、すなわちシリンドリカルレンズ形状であってもよい。
【００４１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４２】
１ 撮像素子
２ 半導体基板
６ カラーフィルタ
８ スペーサ樹脂
１０ 光学素子
１０ａ レンズアレイ
１０ｂ レンズホルダ
１１ 圧電駆動部
１２ 光学素子
１２ａ 透明基板
１２ｂ 空孔
１２ｃ 可塑性の透明膜
１２ｄ 透明電極
１２ｅ スペーサ層
１２ｆ 対向電極
１２ｇ 透明基板
１２ｈ 配線
２２ 電極パッド
２４ 貫通電極
２６ バンプ
３０ チップ
４０ 結像レンズ
４２ レンズ鏡筒
４４ レンズホルダ
３００ 表示装置
３１０ 駆動回路
３２０ 表示パネル
３３０ 光学素子
３４０ 駆動回路
３５０ リモートコントローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、光学素子、固体撮像装置、携帯情報端末、および表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２次元アレイ情報として奥行き方向の距離を得ることができる撮像技術は、参照光を使用する方法、複数カメラを使用したステレオ測距方法など様々な方法が検討されている。特に近年は、民生用途での新たな入力デバイスとして比較的廉価な製品のニーズが高まっている。ライトフィールドフォトグラフィ技術を利用した撮像装置においては、ライトフィールドフォトグラフィ技術を用いない通常の高解像度での撮像モードと、ライトフィールドフォトグラフィ技術に基づく撮像モードとの切り替えが可能であり、前者の撮像モードではマイクロレンズが不要で、後者の撮像モードではマイクロレンズを光軸上に配置する必要がある。
【０００３】
ライトフィールドカメラは、通常のカメラにおける絞りの機構を拡張したものとみなすことができ、光学的には多眼カメラにより実現される。ライトフィールドカメラでは、様々な画角で焦点の異なった複数の画像を同時に撮影する。このような画像データを解析することにより、領域全体で焦点の合っている画像を生成できる。さらに、被写界深度を利用した距離計測や、画像データ解析による光源方向の推定もでき、従来のカメラでは得られない情報も取得できる。
【０００４】
そこで、多視差画像を得ることができかつ解像度低下を抑えるための構成として、結像レンズを持つ多眼方式の撮像装置が提案されている。この撮像装置は、撮像レンズ、撮像レンズを透過した光が入射するマクロレンズアレイ部、およびマイクロレンズアレイ部から出射された光を受光する撮像素子を備えており、マイクロレンズアレイ部を構成する各マイクロレンズは、印加される電圧に応じて焦点距離が可変となる可変焦点レンズである。
【０００５】
可変焦点レンズの一例として、液晶レンズが挙げられる。この液晶レンズは、液晶をレンズ状の空間に封入し印加する電圧を調整することにより、液晶の見かけの屈折率を変化させるもので、同じ形状のレンズであってもそれを構成する材料の屈折率が変化させることによりレンズの焦点距離を変化させるものである。
【０００６】
しかし、可変焦点レンズとして液晶レンズを用いた場合、所望の屈折率を実現する特殊な材料の選定が必要になるとともに、これらの材料を封止するレンズ構成は複雑なものとなり、製造コストの増大に繋がる。また、液晶レンズは環境温度の影響を受けやすく、周囲環境温度の変化に応じて焦点距離が変化する恐れがある。さらに、焦点距離を変えるための切り替えを、高速に行うことは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１６７３９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、周囲環境温度の影響を受けにくく、焦点距離を変えるための切り替えの応答性が良好である、光学素子、固体撮像装置、携帯情報端末、および表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本実施形態の光学素子は、第１面に凸形状の複数のレンズが設けられ、前記第１面に対向する第２面は平坦形状となっているレンズアレイと、前記レンズアレイに対向する面に、前記レンズアレイの各レンズに対応して設けられた凹部を有し、この凹部は、前記凹部に対応する前記凸形状のレンズが嵌り込むことが可能なサイズを有しているレンズホルダと、前記レンズアレイおよび前記レンズアレイホルダの少なくとも一方を駆動して、前記レンズアレイの前記凸形状のレンズと前記レンズアレイホルダの前記凹部とを離間状態または接触状態にする駆動部と、を備えていることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態による固体撮像装置を示す断面図。
【図２】第１実施形態の固体撮像装置に係る光学素子を説明する断面図。
【図３】図２に示す光学素子の機能を説明する図。
【図４】図２に示す光学素子の駆動方式の第１具体例を説明する図。
【図５】図２に示す光学素子の駆動方式の第２具体例を説明する図。
【図６】図２に示す光学素子の駆動方式の第３具体例を説明する図。
【図７】第２実施形態による固体撮像装置を示す断面図。
【図８】図８（ａ）乃至８（ｃ）は第２実施形態に係る光学素子のレンズ要素の第１具体例を示す図。
【図９】図９（ａ）乃至９（ｃ）は第２実施形態に係る光学素子のレンズ要素の第２具体例を示す図。
【図１０】図１０（ａ）乃至１０（ｃ）は第２実施形態に係る光学素子のレンズ要素の第３具体例を示す図。
【図１１】第３実施形態による表示装置を示すブロック図。
【図１２】第１または第２実施形態の固体撮像装置を用いた携帯情報端末の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号が付してある。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１２】
（第１実施形態）
第１実施形態の固体撮像装置を図１乃至図６を参照して説明する。第１実施形態の固体撮像装置の断面を図１に示す。この固体撮像装置は、半導体基板２と、この半導体基板２上に形成されたフォトダイオードを有する複数の画素４と、これらの画素４の上部に形成されたカラーフィルタ６と、半導体基板２に形成されて上記複数の画素４を駆動してこれらの画素４からの信号を読み出す駆動／読出し回路（図示せず）と、を有する撮像素子１を備えている。なお、複数の画素４は複数の画素ブロック（図示せず）に分けられる。また、画素４およびカラーフィルタ６が形成された半導体基板２の上方には、焦点距離が可変でかつ可視光を透過する光学素子１０が設けられている。この光学素子１０の構成および作用については、後で詳細に説明する。光学素子１０は、画素が形成された撮像領域の周囲に設けられた樹脂材料のスペーサ８によって半導体基板２と接合される。なお、半導体基板２と光学素子１０とを接合する際の位置合わせは、図示しない合わせマーク等を基準にして行う。
【００１３】
また、半導体基板２には、画素４の読出し用電極パッド２２が設けられ、この電極パッド２２の下部には半導体基板２を貫通する貫通電極２４が形成されている。そして半導体基板２は、貫通電極２４およびバンプ２６を介してチップ３０と電気的に接続される。このチップ３０には、撮像装置を駆動し読み出された信号を処理する駆動処理回路が形成されている。
【００１４】
また、光学素子１０の上方には結像レンズ４０が設けられ、この結像レンズ４０はレンズ鏡筒４２に取り付けられ、このレンズ鏡筒４２はレンズホルダ４４に取り付けられる。レンズホルダ４４は光学素子１０のレンズが設けられていない周囲の領域上に接合される。この結像レンズ４０の取り付け時に、押し付け圧と出力像の関係から結像レンズ４０の焦点距離の調整をしても良い。なお、半導体基板２、光学素子１０、およびチップ３０の周囲には、不要な光を遮断するための光遮蔽カバー５０が取り付けられる。そして、光遮蔽カバー５０にチップ３０と外部とを電気的に接続するモジュール電極５２が設けられる。
【００１５】
次に、光学素子１０について、図２（ａ）乃至図３（ｂ）を参照して説明する。この光学素子１０は、レンズアレイ１０ａと、レンズホルダ１０ｂとを有している。レンズアレイ１０ａは、一方の面に凸形状の複数のレンズが設けられ、他方の面は平坦形状となっている。なお、レンズアレイ１０ａの各レンズは各画素ブロックに対応して設けられる。複数のレンズが設けられている、レンズアレイ１０ａの一方の面はレンズホルダ１０ｂに対向するように配置される。レンズホルダ１０ｂは、レンズアレイ１０ａに対向する面に、レンズアレイ１０ａの各レンズと同一の曲率を有する凹部が各レンズに対応して設けられる。レンズアレイ１０ａと、レンズホルダ１０ｂとは、レンズアレイ１０ａの各レンズと、レンズホルダ１０ｂの凹部が組み合わさると、図２（ａ）に示すように接触状態である一体構造の光学素子となるが、図２（ｂ）に示すように、所定の距離をおいて離間状態とすることも可能である。レンズアレイ１０ａと、レンズホルダ１０ｂとを接触状態にするか、または離間状態にするかは、図示しない駆動機構によって行う。なお、レンズアレイ１０ａおよびレンズホルダ１０ｂは、同じ屈折率を有しており、例えば同じ材料から形成される。
【００１６】
接触状態においては、レンズアレイ１０ａとレンズホルダ１０ｂは同一の屈折率を有す透明材料であることから、見かけ上一体構造の透明基板を構成するため、レンズ機能が生じず、光学素子１０の上部からの光は図３（ａ）に示すように一般的な平行光として、その下部に位置する撮像素子１に到達する。
【００１７】
一方、離間状態においては、レンズホルダ１０ｂに入射した光波は、その凹部により、光波は外側へと屈折して出射し、その後、下方に位置するレンズアレイ１０ａの各レンズへ入射する。各レンズは凸状の形状を有し、レンズホルダ１０ｂから出射した光は、レンズに取り込まれる。そして、その下方、即ち撮像素子１の各画素ブロックに像を形成する（図３（ｂ））。すなわち、光学素子１０にはレンズ機能が生じる。
【００１８】
つまり、レンズホルダ１０ｂと、レンズアレイ１０ａの位置が、接触しているか、または離間しているかにより焦点が変化する。接触状態で通常の撮影モード、離間状態でライトフィールド撮影モードとなるように切り替えることが可能になる。本方式によれば、通常の撮影モード時も解像度を低下することが無く、高解像度の画像の出力を実現することができる。
【００１９】
次に、光学素子１０を駆動する方式について説明する。
【００２０】
（第１具体例）
図４に、光学素子１０を駆動する方式の第１具体例を示す。この第１具体例の駆動方式は、透明材料で形成された凸形状のレンズを有するレンズアレイ１０ａと、透明材料で形成された凹部を有するレンズホルダ１０ｂとを対向配置する。そして、レンズホルダ１０ｂの外周に圧電アクチュエータを有する圧電駆動部１１を形成する。この圧電駆動部１１と、レンズホルダ１０ｂは一体となっている。そして、圧電駆動部１１またはレンズホルダ１０ｂと、レンズアレイ１０ａとは、４つの角部で接続部１０ｃによって接続される。圧電アクチュエータには、ＺｎＯ、ＰＺＴ（Ｐｂ（ＺｒｘＴｉ１−ｘ）Ｏ３））、ＬｉＮｂＯ３、ＡｉＮ等を用いることができる。凹部を有したレンズホルダ１０ｂは、ＳｉＯ２のような絶縁性の光学的に透明な材料を用いる。また、有機系樹脂を用いても良い。レンズホルダ１０ｂの外周に設置された圧電アクチュエータには、その上面および下面に外部から電圧の印加が可能な電極が設けられ、これの電極に電圧を印加することで圧電効果により下方へ変位する。下方へ変位したレンズホルダ１０ｂは、凸形状のレンズを有するレンズアレイ１０ａと接触状態または離間状態（非接触状態）となり、焦点を可変とすることが可能になる。ここで、前述のとおり、レンズホルダ１０ｂの光透過部の透明材料は、レンズアレイ１０ａを形成する材料と屈折率的に一致している必要がある。
【００２１】
（第２具体例）
図５に、光学素子１０を駆動する方式の第２具体例を示す。この第２具体例の駆動方式は、透明材料で形成された凸形状のレンズを有するレンズアレイ１０ａと、透明材料で形成された凹部を有するレンズホルダ１０ｂとを対向配置する。そして、レンズホルダ１０ｂの外周に圧電アクチュエータを有する圧電駆動部１１を形成する。この圧電駆動部１１と、レンズホルダ１０ｂは一体となっている。そして、圧電駆動部１１またはレンズアレイ１０ａと、レンズホルダ１０ｂとは、４つの角部で接続部１０ｃによって接続される。圧電アクチュエータは、第１具体例で説明した場合と、同様に、ＺｎＯ、ＰＺＴ、ＬｉＮｂＯ３、ＡｉＮ等を用いることができる。またレンズホルダ１０ｂは、ＳｉＯ２のような絶縁性の光学的に透明な材料を用いる。また、有機系樹脂を用いても良い。また、この第２具体例においては、レンズアレイ１０ａの外周に設置された圧電駆動部１１には、その上面および下面に外部から電圧の印加が可能な電極が設けられ、これらの電極に電圧を印加することで圧電効果により上方へ変位する。上方へ変位したレンズアレイ１０ａは、レンズホルダ１０ｂと接触状態または離間状態（非接触状態）となり、焦点を可変とすることが可能になる。ここで、前述のとおり、レンズホルダ１０ｂの光波透過部の透明材料は、レンズアレイ１０ａを形成する材料と屈折率的に一致している必要がある。
【００２２】
（第３具体例）
図６に、光学素子１０を駆動する方式の第３具体例を示す。
【００２３】
第１および第２具体例においては、レンズホルダ１０ｂおよびレンズアレイ１０ａの何れかを圧電駆動し、接触状態または非接触状態となるように駆動したが、勿論レンズホルダ１０ｂおよびレンズアレイ１０ａの双方を駆動しても良い。これを第３具体例として説明する。この第３具体例の駆動方式は、レンズホルダ１０ｂとレンズアレイ１０ａに、双方に対向する位置に電極を設け、平行平板型のコンデンサを構成する。そして上記電極に電圧を印加する静電駆動により、レンズホルダ１０ｂ、レンズアレイ１０ａの接触状態または非接触状態を実現する。
【００２４】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態による固体撮像装置を図７（ａ）、７（ｂ）を参照して説明する。図７（ａ）、７（ｂ）は第２実施形態の固体撮像装置の動作を説明する断面である。この第２実施形態の固体撮像装置は、第１実施形態の固体撮像装置において、光学素子１０を光学素子１２に置き換えた構成となっており、光学素子１２は、駆動回路２００によって静電気的に駆動され、レンズ形状となるように変形される。なお、第２実施形態の撮像素子１は、支持基板１００上に形成される。
【００２５】
光学素子１２は、撮像素子１上に設けられ、撮像素子１が設けられた側と反対側の表面に２次元に配列された複数の空孔１２ｂが設けられた透明基板１２ａと、この透明基板１２ａ上に設けられた可塑性の透明膜１２ｃと、複数の空孔１２ｂに対応する透明膜１２の領域上に、透明膜１２に接着するように設けられた複数の透明電極１２ｄと、透明膜１２ｃの周辺に設けられたスペーサ層１２ｅと、複数の透明電極１２ｄに対向するようにスペーサ層１２ｅ上に設けられた透明な対向電極１２ｆとを備えている。したがって、複数の透明電極１２ｄと、対向電極１２ｆとの間には空洞（エアギャップ）１３が形成される。
【００２６】
可塑性の透明膜１２ｃの材料として、ポリイミド、ＳＵ−８、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）樹脂、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）樹脂など透明樹脂膜等を用いることができる。また、透明電極１２ｄおよび透明な対向電極１２ｆとして、ＺｎＯやＩＴＯ等を用いることができる。透明電極１２ｄは後述する可塑性の透明膜１２ｃの変形とともに変形可能な厚さを有している。また、対向電極１２ｆは剛性を高めるために透明基板に貼り付けることにように設けてもよい。この場合、対向電極１２ｆの膜厚を薄くすることができる。
【００２７】
複数の透明電極１２ｄと、対向電極１２ｆとの間に駆動回路２００によって電圧を印加することによって、光学素子１２は駆動される。複数の透明電極１２ｄと、対向電極１２ｆとの間に電圧が印加されない場合には、可塑性の透明膜１２ｃは平坦な形状となっている（図７（ａ）参照）。複数の透明電極１２ｄと、対向電極１２ｆとの間に駆動回路２００によって電圧を印加すると、エアギャップ１３中に静電界が発生される。そして、可塑性の透明膜１２ｃの下部に空孔１２ｂが存在し、空孔１２ｂの周囲が固定されているため、これらは電圧の印加に伴い静電気力により、可塑性の透明膜１２ｃおよび透明電極は、対向電極１２ｆ側へ引き寄せられ、レンズ状の形状となる（図７（ｂ）参照）。すなわち、電圧が印加されないときは、可塑性の透明膜１２ｃは平坦な状態を保持し、単なる光の透過部材として作用する。一方、電圧が印加されたときは、可塑性の透明膜１２ｃは各透明電極１２ｄに対応する部分が変形して任意の曲率を有した複数のレンズ形状を保持し、レンズとして機能することが可能になる。したがって、光学素子１２は、焦点を可変とすることができる。なお、可塑性の透明膜１２ｃの透明電極１２ｄに対応する部分（空孔１２ｂに対応する部分）がレンズ形状に変形するとき、各透明電極１２ｄも可塑性の透明膜１２ｃの変形に沿った変形する（図７（ｂ）参照）。各透明電極１２ｄと、この透明電極１２ｄに対応する可塑性の透明膜１２ｃの部分がレンズ要素を構成する。そして、各レンズ要素においては、駆動回路２００によって電圧が印加されない場合には透明電極１２ｄおよびこの透明電極１２ｄに対応する可塑性の透明膜１２ｃの部分は平坦形状となり、駆動回路２００によって電圧が印加された場合には、透明電極１２ｄおよびこの透明電極１２ｄに対応する可塑性の透明膜１２ｃの部分はレンズ形状になる。
【００２８】
（第１具体例）
この光学素子１２における一つのレンズ要素の第１具体例の構成を図８（ａ）、８（ｂ）、８（ｃ）を参照して説明する。図８（ａ）にレンズ要素の第１具体例の断面図を示す。この第１具体例のレンズ要素は、表面に空孔１２ｂが設けられた透明基板１２ａ上に設けられた可塑性の透明膜１２ｃと、この透明膜１２ｃ上に接着して設けられた透明電極１２ｄと、ギャップ１３を挟んで透明電極１２ｄに対向するように設けられた対向電極１２ｆと、この対向電極１２ｆが形成される透明基板１２ｇとを備えている。図８（ｂ）に、透明電極１２ｄ側から見た対向電極１２ｆおよび透明基板１２ｇを示す平面図を示す。対向電極１２ｆは、図７（ａ）、７（ｂ）では、複数のレンズ要素に対して一つの共通な電極であったが、この第１具体例では、図８（ｂ）からわかるように、各レンズ要素に対して、個別に設けられた構成となっている。各対向電極１２ｆは矩形形状を有するとともに、各対向電極１２ｆに対して電圧を印加するための配線１２ｈが設けられている。図８（ｃ）は、対向電極１２ｆが設けられた透明基板１２ｇの斜視図である。なお、第１具体例において、可塑性の透明膜１２ｃ上に設けられる透明電極１２ｄは、複数のレンズ要素に対して共通な一つの透明電極としてもよい。
【００２９】
また、対向電極を複数のレンズ要素に対して一つの共通な電極とし、可塑性の透明膜１２ｃ上に設けられる透明電極１２ｄを図８（ｂ）に示す形状となるように構成してもよい。この場合は、第１具体例に比べて、透明電極１２ｄと対向電極１２ｆとの位置合わせを精度良く行うことができる。
【００３０】
（第２具体例）
光学素子１２における一つのレンズ要素の第２具体例の構成を図９（ａ）、９（ｂ）、９（ｃ）を参照して説明する。図９（ａ）にレンズ要素の第２具体例の断面図を示す。この第２具体例のレンズ要素は、図８（ａ）乃至図８（ｃ）に示す第１具体例において、透明電極１２ｆの平面形状を図９（ｂ）に示すような任意の間隔を有した渦状にした構成となっている。図９（ｂ）は透明電極１２ｄ側から見た対向電極１２ｆおよび透明基板１２ｇを示す平面図であり、図９（ｃ）は対向電極１２ｆが設けられた透明基板１２ｇの斜視図である。なお、第２具体例において、可塑性の透明膜１２ｃ上に設けられる透明電極１２ｄは、複数のレンズ要素に対して共通な一つの透明電極としてもよい。
【００３１】
また、対向電極を複数のレンズ要素に対して一つの共通な電極とし、可塑性の透明膜１２ｃ上に設けられる透明電極１２ｄを図９（ｂ）に示す形状となるように構成してもよい。この場合は、第２具体例に比べて、透明電極１２ｄと対向電極１２ｆとの位置合わせを精度良く行うことができる。
【００３２】
（第３具体例）
光学素子１２における一つのレンズ要素の第３具体例の構成を図１０（ａ）、１０（ｂ）、１０（ｃ）を参照して説明する。図１０（ａ）にレンズ要素の第３具体例の断面図を示す。この第３具体例のレンズ要素は、図８（ａ）乃至図８（ｃ）に示す第１具体例において、透明電極１２ｆを図９（ｂ）に示すようにビラミッドのような厚さ方向に段を有した形状とした構成となっている。図１０（ｂ）は透明電極１２ｄ側から見た対向電極１２ｆおよび透明基板１２ｇを示す平面図であり、図１０（ｃ）は対向電極１２ｆが設けられた透明基板１２ｇの斜視図である。なお、第３具体例において、可塑性の透明膜１２ｃ上に設けられる透明電極１２ｄは、複数のレンズ要素に対して共通な一つの透明電極としてもよい。
【００３３】
また、対向電極を複数のレンズ要素に対して一つの共通な電極とし、可塑性の透明膜１２ｃ上に設けられる透明電極１２ｄを図１０（ｂ）に示す形状となるように構成してもよい。この場合は、第２具体例に比べて、透明電極１２ｄと対向電極１２ｆとの位置合わせを精度良く行うことができる。
【００３４】
第１具体例のように、各レンズ要素の透明電極として図８（ｂ）に示す単純な矩形形状である場合には、透明電極の電極面積を大きくすることができるため、静電気力、即ち変位量を大きくすることができる。これに対して、第２または第３具体例にように、各レンズ要素の透明電極として図９（ｂ）または図１０（ｂ）に示す形状である場合には、静電エネルギーの分布をもたらすことが可能になる。これにより任意の曲率を有したレンズ形状への変形も可能になる。第１乃至第３具体例においては、図８（ｂ）、図９（ｂ）、図１０（ｂ）に示すように、透明電極は矩形形状であったが、円形形状でも良い。
【００３５】
なお、第１および第２実施形態の固体撮像装置は、スチルカメラばかりでなく、携帯情報端末、例えば図１２に示す携帯情報端末４００に適用することができる。図１２に示す携帯情報端末は一例であって、符号１は第１または第２実施形態における固体撮像装置の撮像素子を示す。
【００３６】
（第３実施形態）
第３実施形態による表示装置について図１１を参照して説明する。図１１は第３実施形態の表示装置を示すブロック図である。この第３実施形態の表示装置３００は、２次元画像と３次元画像とを切り替えて表示することが可能な表示装置であって、表示パネル３１０と、駆動回路３２０と、焦点が可変な光学素子３３０とを備えている。表示パネル３１０は、画素がマトリクス状に配置された表示画面を有している。表示画面内に位置が定められた画素が平面的にマトリクス状に配置されているものであれば、直視型や投影型の液晶表示パネル、プラズマ表示パネル、電界放出型表示パネル、または有機ＥＬ表示パネルなどであってもよい。
【００３７】
駆動回路３２０は、表示パネル３１０を駆動し、外部から送られてくる映像信号（表示データ）を表示パネル３１０に送って表示パネル３１０の画素に上記表示データを割り当て、２次元画像を表示するかまたは３次元画像を表示するように、表示パネル３１０を駆動する。なお、駆動回路３２０は表示パネル３１０と一体となっていてもよいし、表示パネル３１０の外に設けられていてもよい。
【００３８】
光学素子３３０は、表示パネル３１０の前面に設けられ、表示パネル３１０の画素からの光線を制御し、焦点が可変な構成を有している。この光学素子３３０は、例えば、第１実施形態で説明した光学素子１０または第２実施形態で説明した光学素子１２であり、光線を直進させる機能およびレンズ機能を切り替えて用いることができる。例えば、表示装置が２次元画像を表示する場合には光線を直進させる機能を用い、３次元画像を表示する場合にはレンズ機能を用いる。光線を直進させる機能およびレンズ機能の切り替えは、駆動回路３２０に入力する映像信号に基づいて駆動回路３４０が自動的に行ってよいし、視聴者がリモートコントローラ３５０を用いて駆動回路３４０に指令信号を送り、この指令信号に基づいて駆動回路３４０が行ってよい。この場合、この表示装置３００においては、外部から送られてくる映像信号が２次元映像信号であるときには、周知の技術を用いて２次元映像信号から奥行き情報を推定または検出し、推定または検出された奥行き情報を用いて３次元映像信号を生成する機能を表示パネル３１０または駆動回路３２０が備えていることが好ましい。奥行き情報の推定または検出は、例えば、画像の動きベクトルを求め、この動きベクトルを用いて行うことができる。
【００３９】
また、光学素子３１０の各レンズには、第１および第２実施形態の場合と同様に、複数の画素（画素ブロック）が割り当てられる。光線を直進させる機能およびレンズ機能を切り替えて用いることができる光学素子３１０を、３次元画像が表示可能な表示装置に用いると、２次元画像を表示する際に解像度を低下させることなく、表示することができる。
【００４０】
なお、第３実施形態の表示装置に用いる光学素子は、レンズ形状が半円柱状の形状、すなわちシリンドリカルレンズ形状であってもよい。
【００４１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４２】
１ 撮像素子
２ 半導体基板
６ カラーフィルタ
８ スペーサ樹脂
１０ 光学素子
１０ａ レンズアレイ
１０ｂ レンズホルダ
１１ 圧電駆動部
１２ 光学素子
１２ａ 透明基板
１２ｂ 空孔
１２ｃ 可塑性の透明膜
１２ｄ 透明電極
１２ｅ スペーサ層
１２ｆ 対向電極
１２ｇ 透明基板
１２ｈ 配線
２２ 電極パッド
２４ 貫通電極
２６ バンプ
３０ チップ
４０ 結像レンズ
４２ レンズ鏡筒
４４ レンズホルダ
３００ 表示装置
３１０ 駆動回路
３２０ 表示パネル
３３０ 光学素子
３４０ 駆動回路
３５０ リモートコントローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面に凸形状の複数のレンズが設けられ、前記第１面に対向する第２面は平坦形状となっているレンズアレイと、
前記レンズアレイに対向する面に、前記レンズアレイの各レンズに対応して設けられた凹部を有し、この凹部は、前記凹部に対応する前記凸形状のレンズが嵌り込むことが可能なサイズを有しているレンズホルダと、
前記レンズアレイおよび前記レンズアレイホルダの少なくとも一方を駆動して、前記レンズアレイの前記凸形状のレンズと前記レンズアレイホルダの前記凹部とを離間状態または接触状態にする駆動部と、
を備えていることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記レンズアレイおよび前記レンズホルダは同じ屈折率を有していることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項３】
前記駆動部は圧電駆動または静電駆動によって駆動することを特徴とする請求項１または２記載の光学素子。
【請求項４】
表面に複数の空孔が設けられた第１透明基板と、
前記複数の空孔を覆うように前記第１透明基板上に設けられた可塑性の透明膜と、
少なくとも前記複数の空孔に対応する前記透明膜の領域上に前記透明膜と接着するように設けられた第１透明電極と、
前記第１透明電極に対向するように前記第１透明電極と離間して設けられた透明な第２電極と、
前記第１および第２透明電極に電圧を印加して前記透明膜を変形させるように駆動する駆動部と、
を備えていることを特徴とする光学素子。
【請求項５】
前記駆動部によって前記第１および第２透明電極に電圧が印加された場合に、前記透明膜はレンズ形状に変形することを特徴とする請求項４記載の光学素子。
【請求項６】
被写体を撮像する撮像レンズと、
前記撮像レンズを透過した光が入射する請求項１乃至５のいずれかに記載の光学素子と、
前記光学素子から放射された光を受光する撮像素子と、
を備えていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項７】
前記光学素子は、請求項１乃至３のいずれかに記載の光学素子であり、
通常の撮影モードの場合は、前記レンズアレイの前記凸形状のレンズと前記レンズアレイホルダの前記凹部とは接触状態にされ
ライトフィールド技術に基づく撮影モードの場合は、前記レンズアレイの前記凸形状のレンズと前記レンズアレイホルダの前記凹部とは離間状態にされることを特徴とする請求項６記載の固体撮像装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載の固体撮像装置を備えていることを特徴とする携帯情報端末。
【請求項９】
画素がマトリクス状に配置された表示画面を有している表示パネルと、
前記表示パネルを駆動し、表示データを表示パネルに送って前記表示パネルの画素に上記表示データを割り当て、２次元画像を表示するかまたは３次元画像を表示するように前記表示パネルを駆動する駆動回路と、
前記表示パネルの前面に設けられ、前記表示パネルの画素からの光線を制御する、請求項１乃至５のいずれかに記載の光学素子と、
を備えていることを特徴とする表示装置。
【請求項１０】
前記光学素子は請求項１乃至３のいずれかに記載の光学素子であり、
前記２次元画像を表示する場合は、前記レンズアレイの前記凸形状のレンズと前記レンズアレイホルダの前記凹部とは接触状態にされ、
前記３次元画像を表示する場合は、前記レンズアレイの前記凸形状のレンズと前記レンズアレイホルダの前記凹部とは離間状態にされることを特徴とする請求項９記載の表示装置。
【請求項１１】
前記光学素子は請求項４または５のいずれかに記載の光学素子であり、
前記２次元画像を表示する場合は、前記第１および第２透明電極に電圧が印加されず、
前記３次元画像を表示する場合は、前記第１および第２透明電極に電圧が印加されることを特徴とする請求項９記載の表示装置。
【請求項１】
第１面に凸形状の複数のレンズが設けられ、前記第１面に対向する第２面は平坦形状となっているレンズアレイと、
前記レンズアレイに対向する面に、前記レンズアレイの各レンズに対応して設けられた凹部を有し、この凹部は、前記凹部に対応する前記凸形状のレンズが嵌り込むことが可能なサイズを有しているレンズホルダと、
前記レンズアレイおよび前記レンズアレイホルダの少なくとも一方を駆動して、前記レンズアレイの前記凸形状のレンズと前記レンズアレイホルダの前記凹部とを離間状態または接触状態にする駆動部と、
を備えていることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記レンズアレイおよび前記レンズホルダは同じ屈折率を有していることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項３】
前記駆動部は圧電駆動または静電駆動によって駆動することを特徴とする請求項１または２記載の光学素子。
【請求項４】
表面に複数の空孔が設けられた第１透明基板と、
前記複数の空孔を覆うように前記第１透明基板上に設けられた可塑性の透明膜と、
少なくとも前記複数の空孔に対応する前記透明膜の領域上に前記透明膜と接着するように設けられた第１透明電極と、
前記第１透明電極に対向するように前記第１透明電極と離間して設けられた透明な第２電極と、
前記第１および第２透明電極に電圧を印加して前記透明膜を変形させるように駆動する駆動部と、
を備えていることを特徴とする光学素子。
【請求項５】
前記駆動部によって前記第１および第２透明電極に電圧が印加された場合に、前記透明膜はレンズ形状に変形することを特徴とする請求項４記載の光学素子。
【請求項６】
被写体を撮像する撮像レンズと、
前記撮像レンズを透過した光が入射する請求項１乃至５のいずれかに記載の光学素子と、
前記光学素子から放射された光を受光する撮像素子と、
を備えていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項７】
前記光学素子は、請求項１乃至３のいずれかに記載の光学素子であり、
通常の撮影モードの場合は、前記レンズアレイの前記凸形状のレンズと前記レンズアレイホルダの前記凹部とは接触状態にされ
ライトフィールド技術に基づく撮影モードの場合は、前記レンズアレイの前記凸形状のレンズと前記レンズアレイホルダの前記凹部とは離間状態にされることを特徴とする請求項６記載の固体撮像装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載の固体撮像装置を備えていることを特徴とする携帯情報端末。
【請求項９】
画素がマトリクス状に配置された表示画面を有している表示パネルと、
前記表示パネルを駆動し、表示データを表示パネルに送って前記表示パネルの画素に上記表示データを割り当て、２次元画像を表示するかまたは３次元画像を表示するように前記表示パネルを駆動する駆動回路と、
前記表示パネルの前面に設けられ、前記表示パネルの画素からの光線を制御する、請求項１乃至５のいずれかに記載の光学素子と、
を備えていることを特徴とする表示装置。
【請求項１０】
前記光学素子は請求項１乃至３のいずれかに記載の光学素子であり、
前記２次元画像を表示する場合は、前記レンズアレイの前記凸形状のレンズと前記レンズアレイホルダの前記凹部とは接触状態にされ、
前記３次元画像を表示する場合は、前記レンズアレイの前記凸形状のレンズと前記レンズアレイホルダの前記凹部とは離間状態にされることを特徴とする請求項９記載の表示装置。
【請求項１１】
前記光学素子は請求項４または５のいずれかに記載の光学素子であり、
前記２次元画像を表示する場合は、前記第１および第２透明電極に電圧が印加されず、
前記３次元画像を表示する場合は、前記第１および第２透明電極に電圧が印加されることを特徴とする請求項９記載の表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１７７７７３（Ｐ２０１２−１７７７７３Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４０１６３（Ｐ２０１１−４０１６３）
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]