(57)【要約】【課題】  解像度を落とすことなく偏光情報を取得でき、かつ波長板が広い場合にも精度良く偏光情報を取得可能な偏光取得素子を提供すること。【解決手段】  異なる偏光状態を取得する偏光取得素子であって、複屈折を有するある材料が、進相軸もしくは遅相軸を面内方向にずらして積層された積層型の１／４λ板と、位相差を２値以上に変更可能な可変位相板と、偏光板と、を有し、該可変位相板の進相軸もしくは遅相軸と該偏光板の透過軸とのなす角度が略４５度に配置され、該可変位相板の進相軸もしくは遅相軸と該積層型の１／４λ板の特定波長での進相軸もしくは遅相軸のなす角度が略４５度に配置され、使用波長域の最大波長λｍａｘおよび最小波長λｍｉｎが、    λｍａｘ／λｍｉｎ＞２を満たす。【選択図】図１
2020106563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる偏光状態を取得する偏光取得素子であって、
使用波長域の最大波長λｍａｘおよび最小波長λｍｉｎが、
λｍａｘ／λｍｉｎ＞２
を満たすとき、
複屈折を有する材料が、進相軸もしくは遅相軸を面内方向にずらして積層された積層型の１／４λ板と、
位相差を２値以上に変更可能な可変位相板と、
偏光板と、を有し、
該可変位相板の進相軸もしくは遅相軸と該偏光板の透過軸とのなす角度が略４５度に配置され、
該可変位相板の進相軸もしくは遅相軸と該積層型の１／４λ板の特定波長での進相軸もしくは遅相軸のなす角度が略４５度に配置されることを特徴とする偏光取得素子。
【請求項２】
前記積層型の１／４λ板の面内位相差Δ（λ）が、使用波長域内の任意の波長λに対して
｜Δ（λ）―０．２５｜＜０．０５
を満たすことを特徴とする請求項１に記載の偏光取得素子。
【請求項３】
前記積層型の１／４λ板の進相軸の角度θ（λ）が使用波長域内の任意の波長λに対して
１（ｄｅｇ）＜｜θ（λ）−θ０｜＜１２（ｄｅｇ）
を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の偏光取得素子。
ただし、θ０は、進相軸の設計値とする。
【請求項４】
前記積層型の１／４λ板は、５層以上であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の偏光取得素子。
【請求項５】
前記積層型の１／４λ板を構成する層のうち最も可変位相板側に配置される層と可変位相板側から最も遠い側に配置される層の位相差Δａ（ｎｍ）が
【数１】
2020106563.tif 000007
を満たすことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の偏光取得素子。
【請求項６】
前記積層型１／４λ板を構成する層のうち最も可変位相板側に配置される層および最も可変位相板側に配置される層を除く層の位相差Δｂが
【数２】
2020106563.tif 000008
を満たすことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の偏光取得素子。
【請求項７】
前記最大波長λｍａｘおよび最小波長λｍｉｎが、
λｍｉｎ＜４３０（ｎｍ）
λｍａｘ＞８５０（ｎｍ）
を満たすことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の偏光取得素子。
【請求項８】
光学系と、
請求項１乃至７の何れか一項に記載の偏光取得素子と、
固体撮像素子と、
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
請求項８に記載の撮像装置と、
画像処理手段と、
を有し、
該画像処理手段は、偏光取得素子の状態が３つ以上の異なる状態で取得した画像から偏光情報Ａ、Ｂ、αを算出することを特徴とする偏光情報取得装置。
ただし、Ａは最大光強度、Ｂは最小光強度、αは最大光強度を有する角度とする。
【請求項１０】
さらに、補正処理手段を有し、
該補正処理手段は、補正係数を用いて前記αを補正することを特徴とする請求項９に記載の偏光情報取得装置。
【請求項１１】
カラーチャンネル毎にαを補正することを特徴とする請求項１０に記載の偏光情報取得装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、素子および撮像装置に関するものであり、特に偏光情報を取得することのできる素子および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被写体からの光の偏光状態を観察することによって、被写体の所定の特徴を強調して検出できることが知られている。例えば一眼レフカメラのレンズ前面に偏光フィルタを装着し、透過する偏光方向を観察しながら撮影することで、被写体の色やコントラスト等の質感を際立たせる、水面等の反射光の写り込みを強調または軽減する、等の効果を得る事ができる。他にも偏光方向を異ならせた複数の偏光成分の画像を撮影し、被写体のエッジや欠陥部を検出するような検査装置等に用いられる。
【０００３】
被写体からの偏光情報を撮影する撮像装置としては様々な方法がある。特許文献１には、固体撮像素子上の各画素に対して異なる偏光を透過するワイヤーグリッド偏光板を形成することで、複数の画素から偏光情報を抽出する撮像素子の構成が開示されている。また特許文献２には、１／４λ板と位相差を変更可能な位相差板と偏光板から構成され、位相差板の位相差を変えながら撮影した複数枚画像から偏光情報を取得する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−８００６５号公報
【特許文献２】特開２０１６−１４５９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、１枚の画像から偏光情報を得られるものの、複数の画素を偏光情報の取得に割り当てるため、解像度が失われるという課題がある。また、特許文献２では、１／４λ板の位相差に波長分散により偏光取得性能が低化するため、広い波長域にわたって同時に偏光情報を取得することが難しいという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明に係る偏光取得素子は、
異なる偏光状態を取得する偏光取得素子であって、
複屈折を有する材料が、進相軸もしくは遅相軸を面内方向にずらして積層された積層型の１／４λ板と、
位相差を２値以上に変更可能な可変位相板と、
偏光板と、を有し、
該可変位相板の進相軸もしくは遅相軸と該偏光板の透過軸とのなす角度が略４５度に配置され、
該可変位相板の進相軸もしくは遅相軸と該積層型の１／４λ板の特定波長での進相軸もしくは遅相軸のなす角度が略４５度に配置され、
使用波長域の最大波長λｍａｘおよび最小波長λｍｉｎが、
λｍａｘ／λｍｉｎ＞２
を満たすことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、解像度を落とすことなく偏光情報を取得でき、かつ波長板が広い場合にも精度良く偏光情報を取得可能な偏光取得素子の提供を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】偏光取得素子の概略図
【図２】積層型１／４λ板の概略図
【図３】積層型１／４λ板の軸方向が８５°での可変位相板の位相差ΔＬＣと偏光取得素子の透過光強度Ｉ
【図４】積層型１／４λ板の軸方向が８０°での可変位相板の位相差ΔＬＣと偏光取得素子の透過光強度Ｉ
【図５】積層型１／４λ板の軸方向が７５°での可変位相板の位相差ΔＬＣと偏光取得素子の透過光強度Ｉ
【図６】積層型１／４λ板の軸方向のずれ量と最小偏光度
【図７】積層型１／４λ板の位相差のずれ量と最小偏光度
【図８】実施例１の積層型１／４λ板の概略図
【図９】実施例１の積層型１／４λ板の波長λに対する位相差Δ（λ）
【図１０】実施例１の積層型１／４λ板の波長λに対する軸方向θ（λ）
【図１１】実施例２の撮像装置の概略図
【図１２】実施例２の固体撮像素子の画素配列
【図１３】偏光取得素子の概略
【図１４】偏光取得素子の軸方向
【図１５】偏光取得素子の可変位相板の位相差ΔＬＣと偏光取得素子の透過光強度Ｉ
【図１６】入射楕円偏光と透過光強度Ｉ（θ）
【図１７】１／４λ板の位相差が０．３８のときの可変位相板の位相差ΔＬＣと偏光取得素子の透過光強度Ｉ
【図１８】１／４λ板の位相差が０．５０のときの可変位相板の位相差ΔＬＣと偏光取得素子の透過光強度Ｉ
【図１９】入射偏光と検出偏光（１／４λ板の位相差０．３８時）
【図２０】入射偏光と検出偏光（１／４λ板の位相差０．５０時）
【図２１】比較例１の１／４λ板の概略
【図２２】比較例１の１／４λ板の波長λに対する位相差Δ（λ）
【図２３】実施例１の１／４λ板の波長λに対する軸方向θ（λ）
【図２４】比較例２の１／４λ板の概略
【図２５】比較例２の１／４λ板の波長λに対する位相差Δ（λ）
【図２６】実施例２の１／４λ板の波長λに対する軸方向θ（λ）
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明の偏光取得素子１００の簡易的な構成を示す概略図である。
【００１１】
図１に示す通り、偏光取得素子１００は、積層型１／４λ板１０、可変位相板２０、偏光板３０からなる。
【００１２】
図２は、積層型１／４λ板１０の簡易的な構成を示す概略図である。
【００１３】
積層型１／４λ板は、複屈折を有する材料が、複数層（図２ではｎ層）積層された構成を持つ。また、積層構造をそれぞれ、層１、層２、・・・層ｎとすると、隣接する層同士の軸方向は、互いに異なるよう配置されている。つまり、１＜ｋ≦ｎを満たす整数ｋに対して、層ｋ−１と層ｋの軸方向θｋ−１とθｋは互いに異なるよう配置されている。ここで、「軸」とは、位相板の進相軸または遅相軸を示し、「軸方向θ」とはｘｙ平面における「軸」とｘ軸とのなす角度を０度以上１８０度未満で示す。なお、以下の説明では、１／４λ板および可変位相板の軸は、進相軸の方向として記載する。
【００１４】
また、積層型１／４λ板１０の位相差および軸方向は波長依存性を有する。ここで、積層型１／４λ板１０の波長λでの位相差をΔ（λ）、軸方向θ（λ）と表わし、積層型１／４λ板１０の各層の位相差をΔ１（λ）Δ２（λ）、・・・・Δｎ（λ）と表わすと、ジョーンズ行列を用いて次式（１）の関係が成り立つ。
【００１５】
Ｒ（−θ（λ））Ｃ（Δ（λ））Ｒ（θ（λ））
＝Ｒ（−θｎ）Ｃ（Δｎ（λ））Ｒ（θｎ）・・・Ｒ（−θ２）Ｃ（Δ２（λ））Ｒ（θ２）
Ｒ（−θ１）Ｃ（Δ１（λ））Ｒ（θ１）    …（１）
なお、式（１）のＲ（θ）およびＣ（Δ）はそれぞれ次式（２）および（３）で表わされる。
【００１６】
【数１】
2020106563.tif 000003
【００１７】
【数２】
2020106563.tif 000004
【００１８】
本発明では、上述のような積層型１／４λ板１０の位相差Δ（λ）と軸方向θ（λ）を適切に設定し、可変位相板２０および偏光板３０と組合せて用いることで、広帯域の波長に対して偏光取得性能を発揮できることを見出した。
【００１９】
以下、まず本発明の実施例の説明の前に、特開２０１６−１４５９２４に記載された、可変位相差板を用いた偏光情報取得について説明した後、本発明の構成例についてより詳細に説明する。
【００２０】
可変位相板を用いた偏光情報取得について
図１３は、特開２０１６−１４５９２４号公報に開示された偏光取得素子２００の構成例の概略を示す。また、図１４に、偏光取得素子２００を構成する各素子の軸方向の一例を示す。
【００２１】
偏光取得素子２００では、１／４λ板１１板と可変位相板２１の軸が略４５度をなすように、１／４λ板１１と偏光板３１の透過軸が略平行をなすように配置される。
【００２２】
可変位相板２１の位相差を０λ、１／４λ、１／２λ・・・と変えることで、偏光取得素子２００を透過する偏光方向を変えることができる。
【００２３】
図１５は、偏光取得素子２００に直線偏光が入射したとき、可変位相板２１の位相差ΔＬＣと、偏光取得素子１０を透過する光強度Ｉの関係を示す。なお、図１５では、各素子表面での反射や吸収の影響を無視した理想状態での光強度を示している。
【００２４】
図１５から、入射する直線偏光の方向に応じて、位相差ΔＬＣと光強度Ｉの関係が変化することが分かる。直線偏光の方向をαとすると、位相差ΔＬＣと光強度Ｉの関係は、次式（４）を満たす。
【００２５】
Ｉ＝ｃｏｓ２（π／４−πΔＬＣ−α）…（４）
同様に、図１６に示す楕円偏光が入射した場合には、位相差ΔＬＣと光強度の関係は、
次式（５）を満たす。
【００２６】
Ｉ＝Ａｃｏｓ２（π／４−πΔＬＣ−α）＋Ｂ…（５）
式（５）より、ΔＬＣを３値以上に変えて光強度Ｉを測定することで、偏光情報Ａ，Ｂ，αを算出することができる。
【００２７】
以上の説明では、１／４λ板１１の位相差Δ１／４λ＝０．２５の場合について説明した。以下、１／４λ板１１の位相差に波長依存性がある場合を想定し、その位相差Δ１／４λが０．２５からずれた場合について考える。なお、特許文献２では、１／４λ板１１の位相差が偏光取得性能に与える具体的な記述はない。
【００２８】
図１７〜図１８に、偏光取得素子２００に直線偏光が入射したとき、可変位相板２１の位相差ΔＬＣと、偏光取得素子１１を透過する光強度Ｉの関係を示す。なお図１７には、１／４λ板１１の位相差Δ１／４λが、設計値通り（０．２５）のときを破線で、位相差Δ１／４λが０．３８のときを実線で表記する。また、図１８には、位相差Δ１／４λが０．５０のときを実線で表記する。図１７〜図１８より、位相差Δ１／４λが設計値からずれると、入射偏光の角度に応じて可変位相板２１の位相差ΔＬＣに対する光強度Ｉの変動幅が低下することが分かる。また、入射偏光角度に応じて光強度Ｉのピーク位置（つまり、最大値、最小値をとるΔＬＣの値）も変化することが分かる。
【００２９】
図１９〜図２０に、１／４λ板の位相差Δ１／４λがそれぞれ０．３８および０．５０のときの、入射偏光と検出偏光を示す。なお、ここで検出偏光とは、図１９〜図２０に示す光強度Ｉから、式（５）をもとに入射偏光を推定したものである。
【００３０】
図１９〜図２０より、位相差Δ１／４λが設計値からずれることにより、算出される光の偏光度や角度がずれ、正しい偏光情報が取得できないことが分かる。また、Δ１／４λが０．５０になると、偏光方向αの検出が不可能になることが分かる。
【００３１】
以上より、図１３に示す偏光取得素子２００は、１／４λ板１１に波長分散がある場合、偏光情報を正しく取得することができない。広い波長域で偏光情報を取得する場合、この問題が顕著になり、例えば可視〜近赤外のような広い範囲での偏光情報を正しく取得することは難しい。特に、使用波長域の最大波長λｍａｘと最小波長λｍｉｎが、λｍａｘ／λｍｉｎ＞２を満たす波長域で偏光情報を取得する場合、通常の１／４λでは偏光情報を正しく取得することが難しい。
【００３２】
本発明の構成例について
以上の課題を解決するために、本発明の偏光取得素子１００は、積層型１／４λ板１０を用いる。上述したとおり、積層型１／４λ板１０は、複屈折を有する材料が、軸方向を変えて積層された構成からなる。通常、波長板は波長に対して位相差が変化するが、この積層型１／４λ板は、位相差に加えて軸方向が波長に対して変化する。そのため、波長に対する位相差の変化量および軸方向の変化量をそれぞれ最適化することにより、使用波長域内の最大波長λｍａｘおよび最小波長λｍｉｎがλｍａｘ／λｍｉｎ＞２を満たす広帯域で正しく偏光情報を取得することができる。ここで、本発明では、可視と近赤外や可視と近紫外の波長域を取得することを想定しており、具体的にはλｍｉｎが４３０ｎｍ以下、λｍａｘが９００ｎｍ以上となるような広波長域で正しく偏光情報を取得することができる。
【００３３】
以下、積層型１／４λ板１０の軸方向θ１／４λが設計値（以下、９０度）からずれた場合について考える。
【００３４】
図３〜図４に、偏光取得素子１００に直線偏光が入射したとき、可変位相板２０の位相差ΔＬＣと、偏光取得素子１０を透過する光強度Ｉの関係を示す。なお図３には、積層型１／４λ板１０の軸方向θ１／４λが、設計値通り（９０度）のときを破線で、軸方向θ１／４λが８５度のときを実線で表記する。また、図４には、軸方向θ１／４λが８０度のときを図５には、軸方向θ１／４λが７５度のときを実線で表記する。
【００３５】
図３〜５より、軸方向θ１／４λが設計値（９０度）からずれると、可変位相板２１の位相差ΔＬＣに対する光強度Ｉのピーク位置が変化することが分かる。ただし、位相差Δ１／４λが変化する場合（図１７〜図１８）と比較すると、入射偏光角度に応じたピーク位置の変化が少ないことが分かる。入射偏光角度に応じたピーク位置の変化が少ない領域では、ピーク位置の変化量を入射偏光角度に依らない定数（一定）とみなすことができる。
【００３６】
ピーク位置の変化量が定数の場合、式（５）を用いて異なる３つのΔＬＣから偏光情報Ａ，Ｂ，αを算出する際、取得する偏光状態Ａ，Ｂは影響を受けない。一方、偏光状態αは影響を受けるが、ピーク位置の変化量が定数であるため、ピーク位置の変化量を事前に測定することで補正することができる。補正方法は、例えば既知の直線偏光を入射して式（５）から得られる角度と実際の角度を比較して算出したズレ量を補正項として保持し、測定の際そのズレ量を元に角度αを補正すればよい。
【００３７】
以上より、軸方向θ１／４λが設計値からずれることによって発生するピーク位置の変化は、偏光情報を取得する際には許容可能であることが分かる。
【００３８】
次に、軸方向θ１／４λが設計値からずれることによって発生する変動幅の低下について考える。図３〜図５より、軸方向θ１／４λが設計値からずれるに従って、変動幅の低下が顕著になることが分かる。ただし、位相差Δ１／４λが変化する場合（図１７〜図１８）と比較すると、変動幅の低下は少ないことが分かる。
【００３９】
変動幅の低下は入射偏光方向に依存するため、上述のピーク位置のように一様に補正することができない。しかし、変動幅の低下が大きい場合には、補正なしに偏光情報を取得しようとすると、偏光情報Ａ，Ｂ，αの精度が低下する。そのため、偏光取得精度の低下を防ぐためには、変動幅の低下が少ない範囲内で軸方向θ１／４λを設定しておく必要がある。
【００４０】
ここで、変動幅の低下は、例えば偏光度（ＤＯＰ）を用いて評価することができる。なお、偏光度（ＤＯＰ）は、次式（６）で表わすことができる。
【００４１】
ＤＯＰ＝（Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ）／（Ｉｍａｘ＋Ｉｍｉｎ）…（６）
また、式（６）中のＩｍａｘ、Ｉｍｉｎは、光強度Ｉから算出した偏光情報Ａ，Ｂを用いて、Ｉｍａｘ＝Ａ＋Ｂ、Ｉｍｉｎ＝Ｂにより求めることができる。
【００４２】
鋭意検討の結果、偏光情報の精度を十分確保するためには、偏光度の低下は１０％未満に抑えることが好ましく、さらに好ましくは５％未満、より好ましくは２％未満に抑えることが必要になることが分かった。図６に、直線偏光が入射した場合の、軸方向θ１／４λのずれ量δθ＝θ１／４λ−９０と取得される最小偏光度の関係を示す。なお、偏光度は入射偏光の角度およびδθに依存するため、最小偏光度を図示する。
【００４３】
図６より、軸方向θ１／４λのズレ量δθが−１２度以上１２度以下であれば、偏光度の低下が１０％未満、さらに−８度以上８度以下であれば、偏光度の低下量は５％未満、−５度以上５度以下であれば偏光度の低下量は２％未満に抑えられることが分かる。使用波長域内の波長に対して上記条件を満たすためには、使用波長域内の任意の波長λにおける軸方向θ（λ）が
｜θ（λ）―９０｜＜１２（ｄｅｇ）
を満たすことが好ましく、
｜θ（λ）−９０｜＜８（ｄｅｇ）
を満たすことがさらに好ましく、
｜θ（λ）―９０）｜＜５（ｄｅｇ）
を満たすことがより好ましい。
【００４４】
一方、１／４λ板の位相差Δ１／４λが設計値からずれる場合は、図１７〜１８に示す通り光強度Ｉの変動幅とピーク位置が入射偏光角度に応じて変化する。軸方向θ１／４λの場合は、ピーク位置のズレ量は定数とみなすことができたが、位相差Δ１／４λの場合は、ピーク位置と変動幅の両方が入射偏光角度に応じて変化する。そのため、十分な精度で偏光情報を取得するためには、変動幅の低下をより低く抑える必要がある。本発明では、十分な精度を得るために、変動幅を５％未満に抑えることが好ましく、さらに好ましくは２％未満に抑えることが必要であることを見出した。
【００４５】
図７に、直線偏光が入射した場合の位相差Δ１／４λのズレ量δΔ１／４λ＝Δ１／４λ−０．２５と取得される最小偏光度の関係を示す。図７より使用波長域の任意の波長λに対して、１／４λ板の位相差Δ（λ）は、
｜Δ（λ）―０．２５｜＜０．０５
を満たすことが好ましく
｜Δ（λ）―０．２５｜＜０．０２
を満たすことがより好ましい。
【００４６】
本発明では１／４λの位相差Δ（λ）が上述の条件をλｍａｘ／λｍｉｎ＞２の広い波長域で満たすためには軸方向θ（λ）と設計値からのずれを許容する必要があることが分かった。なお、軸方向のずれ量は１ｄｅｇより大きいことが好ましく、２ｄｅｇ以上にすることがより好ましい。以上から、軸方向θ（λ）は、
１＜｜θ（λ）―９０｜＜１２（ｄｅｇ）
を満たすことが好ましく、
１＜｜θ（λ）−９０｜＜８（ｄｅｇ）
を満たすことがより好ましく
１＜｜θ（λ）―９０）｜＜５（ｄｅｇ）
を満たすことがさらに好ましい。
【００４７】
なお、以上の説明では軸方向θ（λ）の設計値が９０度であることを想定して記載したが、設計値は９０度に限定されるものではない。本発明の１／４λ板は、可変位相板に対して４５度をなす方向に設置されればよく、可変位相板の方向に応じて設計値は変化する。よって、任意の設計値θ０（ｄｅｇ）対して、軸方向が上述の範囲内に設定されていることが好ましく、
１（ｄｅｇ）＜｜θ（λ）−θ０｜＜１２（ｄｅｇ）
を満たすことが好ましく
１（ｄｅｇ）＜｜θ（λ）−θ０｜＜８（ｄｅｇ）
を満たすことがより好ましく
１（ｄｅｇ）＜｜θ（λ）−θ０｜＜５（ｄｅｇ）
を満たすことがさらに好ましい。
【００４８】
また、λｍａｘ／λｍｉｎ＞２を満たす波長域で、上記のθ（λ）およびΔ（λ）の条件を満たす１／４λ板を作成するためには、１／４λ板は５層以上であることが好ましい。
これは、５層未満になると、広帯域の波長域に対してΔ（λ）の条件を満たすことが難しくなるためである。
【００４９】
さらに、鋭意検討の結果、上記のθ（λ）およびΔ（λ）の条件を満たすために、１／４λ板を構成する層のうち、最も偏光板側に配置される層ｎと最も偏光板から遠い側に配置される層１の位相差Δｎおよび位相差Δ１はλｍａｘ、λｍｉｎに対して、それぞれ
【００５０】
【数３】
2020106563.tif 000005
【００５１】
を満たすことが好ましいことが分かった。また、層ｎおよび層１を除いた層２〜層ｎ−１の位相差Δ２、・・・・Δｎ−１は、それぞれ
【００５２】
【数４】
2020106563.tif 000006
【００５３】
を満たすことが好ましいことが分かった。なお、各層の位相差が上記条件を満たせば、層１と層ｎや、層２〜層ｎ−１はそれぞれ別の位相差であってもよい。ただし、より単純な構成とするために、層１と層ｎを同じ位相差、層２〜層ｎ−１を同じ位相差にすることがより好ましい。また、層１〜層ｎを構成する材料は、複屈折を有する材料であれば特に限定されず、任意の材料を選定して使用することができる。ただし、より単純な構成とするために、層１〜層ｎを同じ材料で構成することがより好ましい。
【００５４】
上述の偏光取得素子を用いて画像を取得するためには、光学系と偏光取得素子と固体撮像素子を有する撮像装置を用いればよい。偏光取得素子の可変位相板の位相差を３値以上の異なる状態として、それぞれの状態で画像を取得することで、偏光状態の異なる複数の画像を撮影する。このとき、偏光取得素子の使用波長域は、撮像装置で取得する波長域に一致させればよい。
【００５５】
偏光情報を取得するためには、上記撮像装置と画像処理手段を有する偏光情報取得装置を用いて、撮影した複数画像と式（５）をもとに偏光情報Ａ，Ｂ，αを算出すればよい。また、偏光情報Ａ，Ｂ，αは固体撮像素子の画素毎に算出する。なお、画像処理手段は、撮像装置内の処理部として装置内部に設けても良い。その場合、画像取得から偏光情報の算出までの一連の処理を撮像装置内で実施することができる。また、画像処理手段は、撮像装置の外部に別途設けても良く、例えばＰＣ等の情報処理装置を画像処理手段とすることができる。その場合には、撮像装置で撮影した複数画像は、一度、記憶媒体（例えばフラッシュメモリやＳＤカード、ＣＦカード等）に記憶し、外部の画像処理手段に読み込めば良い。もしくは、ＷｉＦｉ等の無線技術を用いて、撮像装置から画像処理手段に直接画像データ送信してもよい。
【００５６】
また、偏光情報取得装置は補正処理手段を有することが望ましい。補正処理手段は、補正係数を用いて偏光情報αを補正する。補正係数は、例えば上述のように、既知の偏光を入射して、測定される角度αと入射偏光の角度を比較することで取得すればよい。なお、補正係数は、撮影の度に取得する必要はなく、事前に取得しておいた値を補正処理手段の中に記憶し、撮影の際は記憶していた補正係数を読み出して使用すればよい。
【００５７】
固体撮像素子としては、例えばＣＭＯＳやＣＣＤを使用することができる。また、固体撮像素子の各画素に透過する波長を制限するフィルター（カラーフィルタ）を設け、画素毎に異なる帯域の光の情報を取得してもよい。このような複数の帯域の光の情報を取得する、つまり、複数のカラーチャンネルを設ける場合、カラーチャンネルの例としては、例えば赤、緑、青、近赤外（ＲＧＢＩＲ）や赤、緑、青、近紫外（ＲＧＢＵＶ）、または、その組合せが考えられる。なお、偏光取得素子の使用波長帯域は、固体撮像素子で取得するカラーチャンネルの波長域に対応させておけばよく、例えば上述のＲＧＢＩＲの場合には、使用波長帯域は凡そ４００ｎｍ〜１１００ｎｍとなる。なお、複数のカラーチャンネルを設ける場合には、上述の補正手段はカラーチャンネル毎に最適な補正係数を用いてαを補正することが好ましい。
【００５８】
なお、上述の説明では、偏光取得素子が理想状態と仮定して説明したが、実際の素子では、表面反射や吸収、散乱等の影響により透過率が理想状態より低下する。そのため、必要に応じて、偏光取得素子の透過率を事前に測定して理想状態とのズレを補正する処理を上記補正手段に付与してもよい。
【実施例１】
【００５９】
本発明の実施例１の偏光取得素子１００は、図１に示す通り積層型１／４λ板１０と、可変位相板２０と偏光板３０からなる。積層型１／４λ板１０は、１軸性の複屈折を持つ材料を、軸方向を変えて５層積層した構成を持つ。
【００６０】
また、本発明の可変位相板はＶＡ方式の液晶からなる。液晶分子は、上下の電極層にかかる印加電圧に応じて液晶分子の配向を制御することで、透過光に所定の位相差を付与することができる。
【００６１】
さらに、本実施例の偏光板は、吸収型の偏光板である。偏光板に、不要光を反射するもの、例えばワイヤーグリッド偏光子のような偏光板を用いると、反射された不要光が迷光やゴースト光となって画像によくない影響を及ぼすため撮像装置の構成としては好ましくない。また、ゴースト光になることを極力防ぐためには、偏光板は使用波長域に対して、透過軸と直交する方向に振動する偏光のうち、５０％以上を吸収する特性を有することが好ましい。
【００６２】
ここで、図８に、積層型１／４λ板を構成する各層（光入射側から、層１、層２、・・・層５とする）の軸方向と位相差を示す。なお、位相差は６００ｎｍでの値を表記する。また、図９に積層型１／４λ板１０の波長λに対する位相差Δ（λ）を示し、図１０に積層型１／４λ板１０の波長λに対する軸方向θ（λ）を示す。なお、積層型１／４λ板１０の位相差Δ（λ）および軸方向θ（λ）は式（１）を用いて算出した。
【００６３】
図９より本実施例の積層型１／４λ板１０は、４００ｎｍ〜１２００ｎｍにおいて、｜Δ（λ）―０．２５｜＜０．０２を満たすことが分かる。また、図１０より４００ｎｍ〜１２００ｎｍの任意の波長λに対して、
２（ｄｅｇ）＜｜θ（λ）−９０｜＜５（ｄｅｇ）
を満たすことが分かる。これより、本発明の偏光取得素子は４００〜１２００ｎｍの使用波長に対して、精度良く偏光情報を取得可能であることが分かる。
［比較例１］
本発明の比較例１の偏光取得素子は、実施例１の偏光取得素子と１／４λ板を除き同じ構成を持つ。本比較例の１／４λ板（図２１に概略を示す）は、実施例１の積層型１／４λ板の各層を構成する材料と同じ複屈折材料からなる１層構成の波長板である。実施例１と同様に、１／４λ板の位相差Δ（λ）および軸方向θ（λ）を図２２、図２３に示す。図２３から、本比較例の１／４λ板は、４００〜１２００ｎｍにおいて、θ（λ）＝０であり軸方向のズレは発生しない。一方、図２２より、｜Δ（λ）―０．２５｜＞０．１となり、位相差のズレが大きくなることが分かる。通常、波長分散を持つ材料を１層のみから構成した波長板は、図２２に示すように、波長に対する位相差の変化が大きくなる。よって、本発明のように広い波長域で偏光情報を取得する場合には、偏光情報の取得精度が低下するためふさわしくない。
［比較例２］
本発明の比較例２の偏光取得素子も、実施例１の偏光取得素子と１／４λ板を除き同じ構成を持つ。本比較例の１／４λ板は、異なる波長分散を持つ２種類の材料を、互いの軸がなす角度が垂直になるように積層した構成を持つ。本比較例の波長板の構成を図２４に示す。また、実施例１、比較例１と同様に、１／４λ板の位相差Δ（λ）および軸方向θ（λ）を図２５、図２６に示す。図２６から、本比較例の１／４λ板は、比較例１と同様４００〜１２００ｎｍにおいて、θ（λ）＝０であり軸方向のズレは発生しない。一方、図２５より、４００〜７５０ｎｍでは｜Δ（λ）―０．２５｜＜０．０５となり、この波長域では精度良く偏光情報を取得可能であることがわかる。ただし、波長域が８００ｎｍを超えると、｜Δ（λ）―０．２５｜＞０．０５となり、４００〜１２００ｎｍでは、｜Δ（λ）―０．２５｜＞０．１０と位相差のズレが大きくなることが分かる。本比較例より、異なる複屈折率材料を軸方向が垂直となるように２層積層した波長板は、λｍａｘ／λｍｉｎ＜２となる波長域では十分の精度で偏光情報を取得できるが、λｍａｘ／λｍｉｎ＞２を超える広帯域では、取得精度が低下してしまうことが分かる。
【実施例２】
【００６４】
本発明の実施例２撮像装置および偏光情報取得装置について述べる。
【００６５】
まず、撮像装置１０００の概略を図１１に示す。
【００６６】
本発明の撮像装置１０００は、交換レンズ１０１、偏光取得フィルタ１００およびデジタルカメラ１０２からなる。偏光取得フィルタ１００は上述の偏光取得素子を具備し、デジタルカメラ１０２は画素が２次元配列されたＣＭＯＳセンサーを有する。
【００６７】
偏光情報を取得するために、偏光取得フィルタ１００はデジタルカメラ１０２より物体側（光入射側）に設置する。本実施例の偏光取得フィルタ１００は、交換レンズ１０１やデジタルカメラ１０２に着脱可能な機構を設け、光学レンズ１０１とデジタルカメラ１０２の間や光学レンズ１０１より物体側に配置する構成としている。このように、着脱可能な機構を有することで、共通の着脱機構を有するさまざまな交換レンズ１０１、デジタルカメラ１０２と組合せて使用することができる。
【００６８】
本発明の固体撮像素子は、カラーチャンネルを４つ（青、緑、赤、近赤外）備える。図１２に、本発明のデジタルカメラ１０２の固体撮像素子における画素配列の一例を示す。なお、図１２中のＲ、Ｇ、Ｂ、ＩＲがそれぞれ赤、緑、青、近赤外の波長域に対応している。本実施例の撮像装置で画像を取得することにより、カラーの偏光画像を取得する。
【００６９】
本発明の偏光情報取得装置は、取得したカラーの偏光画像を用いて、不図示の画像処理手段により偏光情報Ａ，Ｂ，αを算出する。なお、偏光情報は、各カラーチャンネル、各画素ごとに算出する。また、本発明の偏光情報取得装置は補正処理手段を有する。補正処理手段は、各カラーチャンネルに応じた補正係数δαＲ、δαＧ、δαＢ、δαＩＲ、を元に算出した偏光情報のうちαを補正する。
【００７０】
以上、本発明に好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１０  積層型１／４λ板、２０  可変位相板、３０  偏光板、
１００  偏光取得素子、１０１  交換レンズ、１０２  デジタルカメラ、
１０００  撮像装置
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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