(57)【要約】【課題】小型かつ安価な偏光画像撮像装置を提供する。【解決手段】偏光画像撮像装置１０は、光を出射する光源１６と、構造上静的に構成され、光源１６からの出射光を入射する第１偏光子１８と、構造上静的に構成され、第１偏光子１８からの出射光の偏光方向を変換して対象物に照射する第１変換部２４と、構造上静的に構成され、対象物からの出射光の偏光方向を変換する第２変換部３０と、構造上静的に構成され、第２変換部３０からの出射光を入射する第２偏光子３２と、第２偏光子３２からの出射光による画像を撮像する撮像部３４と、第１変換部２４および第２変換部３０における偏光方向の変換を、それぞれ独立して電気的に可変に制御する制御部を備える。【選択図】図１
2010121935.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射する光源と、
構造上静的に構成され、前記光源からの出射光を入射する第１偏光子と、
構造上静的に構成され、前記第１偏光子からの出射光の偏光方向を変換して対象物に照射する第１変換部と、
構造上静的に構成され、前記対象物からの出射光の偏光方向を変換する第２変換部と、
構造上静的に構成され、前記第２変換部からの出射光を入射する第２偏光子と、
前記第２偏光子からの出射光による画像を撮像する撮像部と、
前記第１変換部および前記第２変換部における偏光方向の変換を、それぞれ独立して電気的に可変に制御する制御部と、
を備えることを特徴とする偏光画像撮像装置。
【請求項２】
前記第１変換部および／または前記第２変換部は、電気的な制御により、自身への入射光の互いに直交する偏光成分の位相差を変化させる位相制御素子を備えることを特徴とする請求項１に記載の偏光画像撮像装置。
【請求項３】
前記第１変換部および／または前記第２変換部は、自身への入射光を受ける第１位相制御素子と、前記第１位相制御素子からの出射光を受ける第２位相制御素子と、を備え、前記第１位相制御素子の主軸と前記第２位相制御素子の主軸とは、４５度ずらされて配置されることを特徴とする請求項２に記載の偏光画像撮像装置。
【請求項４】
前記第１変換部および／または前記第２変換部は、電気的な制御により、自身への入射光を旋光して偏光面を回転させる旋光素子を備えることを特徴とする請求項１に記載の偏光画像撮像装置。
【請求項５】
前記撮像部は、前記第１変換部および／または前記第２変換部における偏光方向変換の切り替えと同期して、前記第２偏光子からの出射光による画像を撮像することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の偏光画像撮像装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記第１変換部と前記第２変換部の偏光方向変換の切り替えを同期させて行うことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の偏光画像撮像装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の偏光画像撮像装置と、
前記偏光画像撮像装置により撮像された複数の画像をそれぞれ後段の処理のための原画像として記憶する原画像保持部と、
処理目的に応じて定まる関数を前記複数の原画像に作用させて最終画像を生成する画像生成部と、
を備えることを特徴とする画像処理装置。
【請求項８】
前記画像生成部は、表示装置に表示することを目的として前記最終画像を生成することを特徴とする請求項７に記載の画像処理装置。
【請求項９】
前記撮像部は、前記表示装置の表示周波数よりもｎ倍（ｎは２以上の整数）以上高い周波数のサンプリングクロックを用いて、表示周期ごとに前記複数の原画像の撮像と記憶を時分割でｎ回行い、
前記画像生成部は、記憶されたｎ枚の原画像から１枚の最終画像を生成することを特徴とする請求項８に記載の画像処理装置。
【請求項１０】
前記画像生成部は、前記関数として前記複数の原画像の一次線形和で表されるものを用いることを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載の画像処理装置。
【請求項１１】
前記画像生成部は、前記一次線形和のうちいずれかの原画像の係数を零とした関数を用いることを特徴とする請求項１０に記載の画像処理装置。
【請求項１２】
前記画像生成部は、所定の偏光方向の原画像の係数を零とした関数を用いることを特徴とする請求項１１に記載の画像処理装置。
【請求項１３】
前記画像生成部は、少なくとも一部の画素の輝度が所定値以上である原画像の係数を零とした関数を用いることを特徴とする請求項１１または１２に記載の画像処理装置。
【請求項１４】
前記画像生成部は、アラームを発出することを目的として前記最終画像を生成することを特徴とする請求項７に記載の画像処理装置。
【請求項１５】
前記最終画像に輝度が所定値以上である画素が存在するか否かを判定する判定部と、前記判定部により輝度が所定値以上である画素が存在すると判定された場合に、アラームを発出するアラーム発出部と、をさらに備えることを特徴とする請求項１４に記載の画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光した光による画像を撮像する偏光画像撮像技術と、その技術に関連する画像処理技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光の偏光状態を観測する装置として、たとえば特許文献１に記載された装置が知られている。特許文献１に記載された装置は、ＣＣＤ等の撮像素子の前面に、画素と同サイズの複屈折材料による偏光子が敷き詰められた構成となっている。そして、近接する偏光軸の異なる４つの画素を１ユニットとして受光した輝度情報の演算処理を行うことにより、光の偏光状態を画像情報として観測できるようになっている。
【０００３】
またＴＮセルを用いて、反射光を除去して撮像するための液晶フィルタおよびそれを用いた撮像装置として、特許文献２や非特許文献１，２に記載されたものがある。
【０００４】
また、特許文献３には、測定対象物である液晶セルに偏光方向が制御された偏光を照射し、測定対象物からの出射光について特定偏光方向の偏光の光強度を測定する装置が開示されている。
【特許文献１】国際公開第０４／００８１９６号パンフレット
【特許文献２】特開平１０−１０８０６５号公報
【特許文献３】特開２０００−２４１２９２号公報
【非特許文献１】藤掛英夫、滝沢國治、小林道男、根岸俊裕、「液晶偏光フィルターを用いた反射光抑制カメラの開発」、映画テレビ技術、１９９８／６（５５０）、ｐ．３２−３４
【非特許文献２】佐藤弘人、藤掛英夫、河北真宏、菊池宏、佐藤史郎、「液晶偏光フィルタを応用した反射光自動抑制システムの開発」、電子情報通信学会論文誌Ｃ、２００３／３、Ｖｏｌ．Ｊ８６−Ｃ、Ｎｏ．３、ｐ．２４４−２５１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献３に開示された装置の場合、照射光の偏光方向および受光する偏光方向を調整するために、偏光子、検光子などの光学素子を機械的に回転させる機構を設ける必要がある。そのため、装置構成が比較的大掛かりなものとなり、コストを押し上げる要因となりうる。
【０００６】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型かつ安価な構成を可能とする偏光画像撮像技術と、その技術を利用する画像処理技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の偏光画像撮像装置は、光を出射する光源と、構造上静的に構成され、光源からの出射光を入射する第１偏光子と、構造上静的に構成され、第１偏光子からの出射光の偏光方向を変換して対象物に照射する第１変換部と、構造上静的に構成され、対象物からの出射光の偏光方向を変換する第２変換部と、構造上静的に構成され、第２変換部からの出射光を入射する第２偏光子と、第２偏光子からの出射光による画像を撮像する撮像部と、第１変換部および第２変換部における偏光方向の変換を、それぞれ独立して電気的に可変に制御する制御部と、を備える。
【０００８】
この態様によると、対象物に任意の偏光方向の偏光を照射できるとともに、対象物からの出射光のうち、任意の偏光方向の偏光を抽出し、その偏光による画像を撮像できる。第１偏光子、第１変換部、第２偏光子、第２変換部等の光学素子を構造上静的に構成できるので、光学素子を回転させる等の機構が必要なくなる。従って、装置を小型かつ安価に構成しやすい。
【０００９】
第１変換部および／または第２変換部は、電気的な制御により、自身への入射光の互いに直交する偏光成分の位相差を変化させる位相制御素子を備えてもよい。
【００１０】
第１変換部および／または第２変換部は、自身への入射光を受ける第１位相制御素子と、第１位相制御素子からの出射光を受ける第２位相制御素子と、を備え、第１位相制御素子の主軸と第２位相制御素子の主軸とは、４５度ずらされて配置されてもよい。
【００１１】
第１変換部および／または第２変換部は、電気的な制御により、自身への入射光を旋光して偏光面を回転させる旋光素子を備えてもよい。
【００１２】
撮像部は、第１変換部および／または第２変換部における偏光方向変換の切り替えと同期して、第２偏光子からの出射光による画像を撮像してもよい。また、制御部は、第１変換部と第２変換部の偏光方向変換の切り替えを同期させて行ってもよい。
【００１３】
本発明の別の態様は、画像処理装置である。この装置は、上述の偏光画像撮像装置と、偏光画像撮像装置により撮像された複数の画像をそれぞれ後段の処理のための原画像として記憶する原画像保持部と、処理目的に応じて定まる関数を複数の原画像に作用させて最終画像を生成する画像生成部と、を備える。
【００１４】
この態様によると、上述の偏光画像撮像装置により撮像された複数の画像から、処理目的に応じた画像処理が施された最終画像を生成できる。
【００１５】
画像生成部は、表示装置に表示することを目的として最終画像を生成してもよい。また、撮像部は、表示装置の表示周波数よりもｎ倍（ｎは２以上の整数）以上高い周波数のサンプリングクロックを用いて、表示周期ごとに複数の原画像の撮像と記憶を時分割でｎ回行い、画像生成部は、記憶されたｎ枚の原画像から１枚の最終画像を生成してもよい。
【００１６】
画像生成部は、関数として複数の原画像の一次線形和で表されるものを用いてもよい。また、画像生成部は、一次線形和のうちいずれかの原画像の係数を零とした関数を用いてもよい。また、画像生成部は、所定の偏光方向の原画像の係数を零とした関数を用いてもよい。また、画像生成部は、少なくとも一部の画素の輝度が所定値以上である原画像の係数を零とした関数を用いてもよい。
【００１７】
画像生成部は、アラームを発出することを目的として最終画像を生成してもよい。また、最終画像に輝度が所定値以上である画素が存在するか否かを判定する判定部と、判定部により輝度が所定値以上である画素が存在すると判定された場合に、アラームを発出するアラーム発出部をさらに備えてもよい。
【００１８】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、小型かつ安価な構成を可能とする偏光画像撮像技術と、その技術を利用する画像処理技術を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本実施の形態に係る偏光画像撮像装置は、対象物に対して任意の偏光方向の偏光を照射し、対象物から出射された光（透過光または反射光）のうち任意の偏光方向の偏光を抽出して、その偏光による画像を撮像することができる。たとえば、本装置を用いて様々な偏光方向の偏光をガラスに照射し、ガラスの透過光から様々な偏光方向の偏光を抽出して複数の画像を撮像する。この撮像された複数の画像を観測、解析することにより、ガラスの残留歪（以下、単に「歪」という）や欠点を検出することができる。ガラスの欠点とは、表面に存在する凹凸や傷、異物、並びに内部に存在する異物、組成ムラなどを総称していうものである。
【００２１】
図１は、本実施の形態に係る偏光画像撮像装置の構成を示す図である。偏光画像撮像装置１０は、測定対象物としてのガラス８０に対して任意の偏光方向の偏光を照射可能な照射部１２と、ガラス８０を透過した光のうち任意の偏光方向の偏光を受光可能な受光部１４を備える。
【００２２】
照射部１２は、光源１６と、第１偏光子１８と、第１変換部２４を備える。ここで、少なくとも第１偏光子１８と第１変換部２４は、構造的に静的に構成される。すなわち、第１偏光子１８と第１変換部２４は、それぞれ、または少なくとも相対的には、構造上固定的に設けられる。従って、本実施の形態に係る偏光画像撮像装置１０の照射部１２は、第１偏光子１８または第１変換部２４の一方が回転をするような機械的な動作によって、出射する光の偏光方向を変化させるものではない。
【００２３】
光源１６は、第１偏光子１８に向けて出射光５０を出射する。光源１６としては、無偏光の光を出力する電球、蛍光灯などの自然光源や、ランダム偏光を出力するレーザなどを用いることができる。
【００２４】
第１偏光子１８は、光源１６からの出射光５０を入射して、偏光軸１８ａ方向の直線偏光のみを透過し、第１変換部２４に出射光５２を出射する。本実施の形態では、第１偏光子１８は、その偏光軸１８ａが水平方向となるように設けられる。従って、光源１６からの出射光５０のうち、水平方向の偏光が抽出されて第１変換部２４に出射される。ここで、本実施の形態では、直交座標系のｘ軸方向を水平方向とし、ｙ軸方向を垂直方向とする。なお、光源１６として特定の直線偏光成分が強いものを用いれば、第１偏光子１８を省略した構成も可能である。特定の直線偏光成分が強い光源としては、端面発光のレーザダイオード素子を例示できる。
【００２５】
第１変換部２４は、第１偏光子１８から出射された出射光５２の偏光方向を変換して、測定対象物であるガラス８０に照射光５６を照射する。第１変換部２４は、第１偏光子１８からの出射光５２を受ける第１位相制御素子２０と、第１位相制御素子２０からの出射光５４を受ける第２位相制御素子２２を備える。
【００２６】
第１位相制御素子２０には、第１位相制御素子２０への印加電圧Ｖ１（以下、第１印加電圧Ｖ１）を変化させる第１可変電源３６が設けられ、第２位相制御素子２２には、第２位相制御素子２２への印加電圧Ｖ２（以下、第２印加電圧Ｖ２）を変化させる第２可変電源３８が設けられる。以下、第１位相制御素子２０、第２位相制御素子２２、後述する第３位相制御素子２６および第４位相制御素子２８を総称する場合は、単に「位相制御素子」と呼ぶ。
【００２７】
位相制御素子は、光学異方性を持つ物質の復屈折を利用して、入射光の互いに直交する偏光成分の位相差を電気的に変化させる光学素子である。位相制御素子の構造は、配向処理された２枚の平行なＩＴＯガラス間に数ミクロンの厚さのスペーサを挿入し、ＩＴＯガラス間にネマティック液晶を封入したものである。位相制御素子に電圧を印加しないときの配向状態は、分子がガラスに平行に配向したホモジニアス配向になっている。このように構成された位相制御素子は、πセルとも呼ばれる。πセルは、数ミリ秒程度の応答速度を有することが知られている。
【００２８】
位相制御素子は、入射光の互いに直交する２つの偏光成分のうち、その位相速度が速い方位である進相軸と、位相速度が遅い方位である遅相軸と、を有する。進相軸と遅相軸とを総称して「主軸」と呼ばれる。位相制御素子に印加する電圧を調整することにより、遅相軸方向の偏光成分の位相を遅らせ、進相軸の偏光成分と遅相軸の偏光成分の位相差を、０度から１８０度まで変化させることができる。
【００２９】
第１位相制御素子２０は、その遅相軸２０ａが第１偏光子１８の偏光軸１８ａから所定の角度、ここでは４５度傾斜されて設けられる。さらに、第２位相制御素子２２は、その遅相軸２２ａが第１位相制御素子２０の遅相軸２０ａから４５度傾斜され、第１偏光子１８の偏光軸１８ａと同じ方向となるように設けられる。すなわち、第１位相制御素子２０の主軸と第２位相制御素子２２の主軸とは、４５度ずらされて配置される。
【００３０】
このように第１位相制御素子２０と第２位相制御素子２２を配置することにより、第１印加電圧Ｖ１、第２印加電圧Ｖ２を調整して、第１偏光子１８からの出射光５２の偏光方向（ここでは水平偏光）を所望の偏光方向に変換できる。偏光方向の変換は図２で詳述する。
【００３１】
第２位相制御素子２２から出射された照射光５６は、ガラス８０に照射される。ガラス８０を透過した透過光５８は、受光部１４に入射される。
【００３２】
受光部１４は、第２変換部３０と、第２偏光子３２と、撮像部３４を備える。ここで、少なくとも第２変換部３０と第２偏光子３２は、構造的に静的に構成される。すなわち、第２変換部３０と第２偏光子３２は、それぞれ、または少なくとも相対的には、構造上固定的に設けられる。従って、本実施の形態に係る偏光画像撮像装置１０の受光部１４は、第２変換部３０または第２偏光子３２の一方が回転をするような機械的な動作によって、後述の複数の画像を撮像するものではない。
【００３３】
第２変換部３０は、ガラス８０からの透過光５８の偏光方向を変換する。第２変換部３０は、透過光５８を受ける第３位相制御素子２６と、第３位相制御素子２６からの出射光６０を受ける第４位相制御素子２８を備える。第３位相制御素子２６、第４位相制御素子２８は、上述した第１位相制御素子２０、第２位相制御素子２２と同様の、光学異方性を持つ物質の復屈折を利用して、入射光の互いに直交する偏光成分の位相差を電気的に変化させる光学素子である。
【００３４】
第３位相制御素子２６には、第３位相制御素子２６への印加電圧Ｖ３（以下、第３印加電圧Ｖ３）を変化させる第３可変電源４０が設けられ、第４位相制御素子２８には、第４位相制御素子２８への印加電圧Ｖ４（以下、第４印加電圧Ｖ４）を変化させる第４可変電源４２が設けられる。
【００３５】
本実施の形態では、第３位相制御素子２６の遅相軸２６ａは、水平となるように設けられる。さらに、第４位相制御素子２８は、その遅相軸２８ａが第３位相制御素子２６の遅相軸２６ａから所定の角度、ここでは４５度傾斜されて設けられる。すなわち、第３位相制御素子２６の主軸と第４位相制御素子２８の主軸とは、４５度ずらされて配置される。
【００３６】
このように第３位相制御素子２６と第４位相制御素子２８を配置することにより、第３印加電圧Ｖ３、第４印加電圧Ｖ４を調整して、ガラス８０からの透過光５８の偏光方向を所望の偏光方向に変換できる。本実施の形態では、ガラス８０からの透過光５８のうち抽出したい所望の偏光方向の偏光が、水平偏光に変換されるように第３印加電圧Ｖ３、第４印加電圧Ｖ４を制御する。偏光方向の変換は図２で詳述する。
【００３７】
第２偏光子３２は、第４位相制御素子２８からの出射光６２を入射して、偏光軸３２ａ方向の直線偏光のみを透過し、撮像部３４に出射する。本実施の形態では、第２偏光子３２は、その偏光軸３２ａが水平方向となるように設けられる。従って、ガラス８０からの透過光５８のうち、所望の偏光方向の偏光のみが、第２偏光子３２を透過できる。
【００３８】
撮像部３４は、マトリックス状に配置された複数の受光素子７０を有する。撮像部３４としては、ＣＣＤイメージセンサや、ＣＭＯＳイメージセンサなどを用いることができる。第２偏光子３２からの出射光６４を複数の受光素子７０が受光することにより、ガラス８０からの透過光５８のうち、所望の偏光方向の偏光による画像を撮像できる。
【００３９】
図２は、第１変換部２４、第２変換部３０による偏光方向の変換を説明するためのポアンカレ球を示す図である。一般に、任意の偏光方向の偏光成分は、ポアンカレ球の球面上の点として表すことができる。ポアンカレ球を地球として見たとき、北半球上の点は、右回りの楕円偏光を表し、南半球上の点は、左回りの楕円偏光を表す。また、赤道は直線偏光を表し、北極の点Ｌは右回りの円偏光を、南極の点Ｒは左回りの円偏光を表す。図中、赤道上の点Ｈは、水平偏光を表し、点Ｖは、垂直偏光を表す。
【００４０】
ここでは、第１変換部２４または第２変換部３０により任意の偏光状態を他の任意の偏光状態に変換可能なことを示す例として、第１変換部２４により、ある右回りの楕円偏光を、水平偏光に変換できることを示す。これを示すには、ポアンカレ球上において、ある右回りの楕円偏光を表す点１５０が、水平偏光を表す点Ｈまで移動できることを示せばよい。まず、第１位相制御素子２０に所定の電圧を印加することにより、点１５０をＳ１軸周りに回転させ、Ｓ２軸に垂直な円上の点１５２まで移動させることができる。次に、第２位相制御素子２２に所定の電圧を印加することにより、点１５２をＳ２軸周りに回転させ、水平偏光を表す点Ｈまで移動させることができる。他の偏光方向、たとえば円偏光や直線偏光の場合も同様である。
【００４１】
このように、本実施の形態の第１変換部２４によれば、第１偏光子１８からの出射光５２の偏光方向（水平偏光）を、所望の偏光方向に変換できる。従って、本実施の形態に係る偏光画像撮像装置１０の照射部１２によれば、測定対象物であるガラス８０に対して任意の偏光方向の照射光５６を照射できる。
【００４２】
同じように、本実施の形態の第２変換部３０によれば、ガラス８０からの透過光５８のうち、任意の偏光方向の偏光成分を、所望の偏光方向の直線偏光、ここでは水平偏光に変換できる。変換された水平偏光は第２偏光子３２を透過でき、撮像部３４により受光されるので、本実施の形態に係る受光部１４によれば、ガラス８０からの透過光５８のうち、任意の偏光方向の偏光成分による画像を撮像できる。
【００４３】
第１変換部２４の第１位相制御素子２０および第２位相制御素子２２、並びに第２変換部３０の第３位相制御素子２６および第４位相制御素子２８の印加電圧−位相差の特性は既知であるので、入射した光を所望の偏光方向に変換するために必要な第１印加電圧Ｖ１、第２印加電圧Ｖ２の組み合わせ、第３印加電圧Ｖ３、第４印加電圧Ｖ４の組み合わせは、実験やシミュレーションによって定めることができる。様々な偏光方向の画像を撮像する場合は、第１変換部２４および／または第２変換部３０における偏光方向変換の切り替えと同期して、撮像部３４で画像を撮像すればよい。
【００４４】
以上、本実施の形態に係る偏光画像撮像装置１０によれば、第１変換部２４の第１位相制御素子２０および第２位相制御素子２２、第２変換部３０の第３位相制御素子２６および第４位相制御素子２８への印加電圧をそれぞれ独立して制御することにより、ガラス８０に任意の偏光方向の照射光５６を照射でき、ガラス８０からの透過光５８のうち任意の偏光方向の偏光成分を抽出することができる。そして、各位相制御素子の印加電圧を変化させるタイミングと同期して撮像部３４で画像を撮像することにより、偏光方向の変換の度合いに応じた異なる複数の画像を時分割で撮像できる。第１変換部２４、第２変換部３０において用いたπセルは、数ミリ秒程度の応答速度で動作できることが知られているので、動画表示の１フレーム期間Ｔｆ内において偏光方向の異なる複数の画像を時分割で撮像し、その複数の画像を処理して１枚の画像を生成し、動画として表示させることもできる。
【００４５】
また、偏光画像撮像装置１０は、照射部１２の第１偏光子１８および第１変換部２４、並びに受光部１４の第２変換部３０および第２偏光子３２を構造的に静的に構成できるので、偏光子を回転させる等の機構が不要となる。従って、装置を小型かつ安価に構成でき、さらに、装置の耐用年数も向上する。
【００４６】
また、偏光画像撮像装置１０では、撮像部３４の受光素子７０それぞれに合わせて微少な偏光子を配置する必要はなく、撮像部３４に対する第２変換部３０および第２偏光子３２の位置合わせにそれほど高い精度が要求されない。従って、装置の製造が容易となり、製造コストを低減できる。さらに、撮像部３４における受光素子７０それぞれを画素として利用できるので、撮像部３４が本来もつ画素数を活かした解像度の画像を得ることができる。
【００４７】
図３は、本実施の形態に係る偏光画像撮像装置を用いた画像表示装置を示す図である。画像表示装置１００は、ＬＣＤ等の表示装置２００と、表示装置２００を制御する表示装置制御部２０２と、図１に示した偏光画像撮像装置１０と、表示装置２００に表示する最終画像Ｉｆを生成する画像処理装置１１０を備える。
【００４８】
この画像表示装置１００は種々の用途が可能だが、本実施の形態では、画像表示装置１００を、ガラスなどの透過性材料の歪を測定する歪測定装置として用いる場合について説明する。偏光画像撮像装置１０の照射部１２と受光部１４との間に測定対象物であるガラス８０を配置し、第１変換部２４と第２変換部３０における偏光方向変換の切り替えを同期させて行いながら、撮像部３４により複数の画像を撮像する。偏光画像撮像装置１０により撮像された画像には、画像処理装置１１０により画像処理が施され、最終画像Ｉｆが生成される。ここで施される画像処理としては、たとえばガラス８０における歪を漏れなく表示する処理がある。最終画像Ｉｆは、表示装置２００に表示される。
【００４９】
偏光画像撮像装置１０の照射部１２は、ガラス８０に対し１０種類の異なる偏光方向の照射光５６を、所定の周期で順番に切り替えて照射する。この１０種類の偏光方向は、（１）水平偏光（０度偏光）、（２）２２．５度偏光、（３）４５度偏光、（４）６７．５度偏光、（５）垂直偏光（９０度偏光）、（６）１１２．５度偏光、（７）１３５度偏光、（８）１５７．５度偏光、（９）右回り円偏光および（１０）左回り円偏光、である。ここで、たとえば４５度偏光とは、光の進行方向に垂直な面において、水平方向から反時計回りに４５度回転した直線偏光である。
【００５０】
また、偏光画像撮像装置１０の受光部１４は、ガラス８０を透過した透過光５８から、照射光５６の偏光方向と直交ニコルの関係にある偏光方向の偏光を抽出し、その偏光による画像を撮像する。受光部１４における抽出する偏光方向の切り替えおよびその偏光方向の偏光の撮像は、照射部１２における照射光５６の偏光方向の切り替えと同期して行う。すなわち、たとえば照射部１２が水平偏光の照射光５６をガラス８０に照射しているとき、受光部１４は、透過光５８から水平偏光と直交ニコルの関係にある垂直偏光を抽出し、その偏光による画像を撮像する。また、たとえば照射部１２が偏光方向を切り替えて２２．５度偏光をガラス８０に照射しているとき、受光部１４は、透過光５８から２２．５度偏光と直交ニコルの関係にある１１２．５度偏光を抽出し、その偏光による画像を撮像する。このようにして、受光部１４により、１０種類の偏光方向の偏光による１０枚の画像が時分割で撮像される。この１０枚の画像は、後続の処理の元となる画像であるため、それぞれの画像を「原画像」とも呼ぶ。
【００５１】
このように、照射部１２が照射する照射光５６の偏光方向と、受光部１４が抽出して撮像する偏光方向とを直交ニコルの関係にしたとき、ガラス８０に歪がない場合には、撮像部３４で撮像される画像は暗くなる。一方、ガラス８０の一部に歪がある場合には、ガラスの光弾性効果により、撮像部３４で撮像される画像には明暗の模様が表れる。従って、撮像部３４で撮像される画像を観察することによって、ガラス８０に歪が存在するか否かを測定することができる。
【００５２】
但し、ガラス８０の歪の主応力方向が、照射部１２の偏光方向に対して４５度傾いている場合には、撮像された画像に明暗の模様が表れず、歪を観測することができない。そこで、本実施の形態では、照射光５６の偏光方向および受光部１４の撮像する偏光方向を可変に構成し、偏光方向の異なる１０枚の画像を撮像することにより、歪を観測できない特異的方向が生じないようにしている。
【００５３】
本実施の形態に係る画像表示装置１００では、撮像部３４により撮像された１０枚の原画像に対して処理が施され、最終的に表示装置２００に表示される１枚の最終画像Ｉｆが生成される。表示装置２００に画像を動画として表示するために、１０枚の原画像の撮像から最終画像Ｉｆの生成までの処理は、動画表示の１フレーム期間Ｔｆの間に行われる。
【００５４】
画像処理装置１１０は、図１で示した偏光画像撮像装置１０と、画像を記憶するメモリ１３０と、メモリ１３０への画像のリードライトを制御するメモリコントローラ１３２と、偏光画像撮像装置１０の第１位相制御素子２０、第２位相制御素子２２、第３位相制御素子２６、第４位相制御素子２８に印加する電圧をそれぞれ独立に制御する印加電圧制御部１３４と、最終画像Ｉｆを生成する画像生成部１３６と、画像生成部１３６にて施される処理を規定する関数を保持する関数保持部１３８と、を備える。
【００５５】
印加電圧制御部１３４は、第１可変電源３６と、第２可変電源３８と、第３可変電源４０と、第４可変電源４２と、電圧指示部１４０と、テーブル保持部１４２を備え、第１変換部２４および第２変換部３０における偏光方向の変換を、それぞれ独立して電気的に可変に制御する。テーブル保持部１４２は、上記の１０種類の原画像を撮像するのに必要な第１印加電圧Ｖ１と第２印加電圧Ｖ２の１０通りの組み合わせと、第３印加電圧Ｖ３と第４印加電圧Ｖ４の１０通りの組み合わせを、予めテーブルとして記憶している。
【００５６】
電圧指示部１４０は、サンプリングクロックＳＣＬＫと同期して、テーブル保持部１４２から各原画像を撮像するごとに第１印加電圧Ｖ１、第２印加電圧Ｖ２、第３印加電圧Ｖ３、第４印加電圧Ｖ４を読み出し、それらの電圧を発生するよう第１可変電源３６、第２可変電源３８、第３可変電源４０、第４可変電源４２に指示を出す。第１可変電源３６、第２可変電源３８、第３可変電源４０、第４可変電源４２は、それぞれ指示された第１印加電圧Ｖ１、第２印加電圧Ｖ２、第３印加電圧Ｖ３、第４印加電圧Ｖ４を発生し、第１位相制御素子２０、第２位相制御素子２２、第３位相制御素子２６、第４位相制御素子２８に印加する。デジタル値の電圧指示から所望の電圧を発生させる技術は、各種レギュレータ回路または素子として既知である。
【００５７】
サンプリングクロックＳＣＬＫは、表示装置２００の表示周波数ＤＣＬＫよりも、ｎ倍（ｎは２以上の整数）以上高い周波数に設定する。本実施の形態に係る偏光画像撮像装置１０では、１フレーム期間Ｔｆの間に１０枚の原画像を撮像するので、サンプリングクロックＳＣＬＫを、表示周波数ＤＣＬＫよりも１０倍以上高い周波数とする。
【００５８】
偏光画像撮像装置１０の撮像部３４は、サンプリングクロックＳＣＬＫと同期して、第２偏光子３２から出射されてくる光を撮像する。サンプリングクロックＳＣＬＫと同期して第２偏光子３２から出射されてくる光の偏光方向が変化するので、サンプリングクロックＳＣＬＫと同期して１０枚の画像を撮像することにより、偏光方向の異なる１０種類の原画像が時分割で撮像される。
【００５９】
メモリ１３０は、偏光画像撮像装置１０で撮像された複数の原画像を記憶する原画像保持部１４４と、後述する画像生成部１３６により生成された最終画像Ｉｆを記憶する最終画像保持部１４６を有する。最終画像保持部１４６は、表示装置２００に関するフレームメモリとして機能する。
【００６０】
偏光画像撮像装置１０で撮像された原画像は、メモリコントローラ１３２によりサンプリングクロックＳＣＬＫと同期して順次原画像保持部１４４に記憶される。すなわち、ガラス８０に水平偏光を照射したときの画像は原画像Ｉ０として、２２．５度偏光を照射したときの画像は原画像Ｉ１として、４５度偏光を照射したときの画像は原画像Ｉ２として、６７．５度偏光を照射したときの画像は原画像Ｉ３として、垂直偏光を照射したときの画像は原画像Ｉ４として、１１２．５度偏光を照射したときの画像は原画像Ｉ５として、１３５度偏光を照射したときの画像は原画像Ｉ６として、１５７．５度偏光を照射したときの画像は原画像Ｉ７として、右回り円偏光を照射したときの画像は原画像Ｉ８として、左回り円偏光を照射したときの画像は原画像Ｉ９として、それぞれ撮像されるごとに順次、原画像保持部１４４に記憶される。
【００６１】
画像生成部１３６は、処理目的に応じて定まる関数を原画像保持部１４４に記憶された１０枚の原画像Ｉ０〜Ｉ９に作用させて、１枚の最終画像Ｉｆを生成する。この関数は、関数保持部１３８に保持されており、複数の原画像の一次線形和で表される。すなわち、本実施の形態の場合、関数Ｆは、
Ｆ＝ａ０Ｉ０＋ａ１Ｉ１＋ａ２Ｉ２＋・・・＋ａ９Ｉ９  （式１）
で表される。ａ０〜ａ９は、原画像Ｉ０〜Ｉ９を加算する際の係数である。この係数ａ０〜ａ９は、原画像Ｉ０〜Ｉ９を合成したときに、最終画像Ｉｆが十分な輝度を有するように設定する。たとえば原画像の１枚ごとの露光時間が十分であれば、係数ａ０〜ａ９は、１／１０に設定する。露光時間が不十分な場合は、１／１０よりも大きめな値を設定し、必要な輝度が得られるよう調整する。露光時間と係数の関係は、予め実験、シミュレーション、または撮像部３４の仕様などから定められる。なお、関数保持部１３８には、この他にも処理目的に応じた種々の関数が記憶されている。
【００６２】
いま、処理目的が「ガラス８０における全ての応力方向の歪を表す画像の表示」とする。この場合、撮像した１０枚の原画像を合成すればよいので、式１において、係数ａ０〜ａ９を均等に１／１０とした関数、すなわち、
Ｆ＝Ｉ０／１０＋Ｉ１／１０＋Ｉ２／１０＋・・・＋Ｉ９／１０  （式２）
が予め関数保持部１３８に記憶されている。画像生成部１３６は、この関数を利用し、原画像Ｉ０〜Ｉ９を合成する。その結果、ガラス８０における全ての応力方向の歪を表す最終画像Ｉｆが生成される。
【００６３】
画像生成部１３６により生成された最終画像Ｉｆは、フレームメモリとして利用される最終画像保持部１４６に記憶される。この最終画像Ｉｆは、表示装置２００の表示周波数ＤＣＬＫと同期して表示装置制御部２０２により読み出され、表示装置２００に出力される。
【００６４】
図４は、画像表示装置１００の時分割処理を概念的に示すタイミングチャートである。ここでは、表示装置２００の１フレーム期間Ｔｆを表す。表示装置２００の１フレーム期間Ｔｆは、フレームレートを３０ｆｐｓとすると、約３３ミリ秒である。
【００６５】
１フレーム期間Ｔｆにおいて、まず、偏光画像撮像装置１０により原画像Ｉ０〜Ｉ９が順次撮像される。撮像された画像は、順次、原画像保持部１４４に記憶される。πセルの応答時間を２ミリ秒とすると、１０枚の原画像Ｉ０〜Ｉ９を撮像するサンプリング期間Ｔｓは、２０ミリ秒となる。
【００６６】
その後、画像生成部１３６は、判定期間Ｔｊにおいて、処理目的に応じてどの関数を選択するか決定する。上記のように、ガラス８０における全ての応力方向の歪を表す画像を表示する場合、画像生成部１３６は式２の関数を読み出して利用する。
【００６７】
つづいて画像生成部１３６は、画像合成期間Ｔａにおいて、原画像Ｉ０〜Ｉ９の一次線形和を演算して原画像Ｉ０〜Ｉ９を合成し、最終画像Ｉｆを生成する。この時点で、ガラス８０における全ての応力方向の歪を表す最終画像Ｉｆが生成される。
【００６８】
最後に書込期間Ｔｗにおいて、メモリコントローラ１３２により、画像生成部１３６で生成された最終画像Ｉｆが最終画像保持部１４６に書き込まれる。最終画像保持部１４６に書き込まれた最終画像Ｉｆは、表示装置制御部２０２により、次の１フレーム期間Ｔｆの間、表示装置２００に表示される。以降も各フレーム期間Ｔｆにおいて時分割処理を行うことにより、表示装置２００に動画を表示できる。このように表示装置２００に動画を表示できるように構成することにより、たとえばガラス８０が大きくて一度に全体を撮像できないような場合に、ガラス８０を移動させながら歪を観察できる。
【００６９】
画像処理装置１１０は、その他にも種々の処理目的を達成することが可能である。たとえば、原画像に輝度が極端に高い画像が含まれている場合は、他の画像に撮像された歪の明暗が埋もれてしまう場合がある。このような場合、処理目的が「ガラスの歪を観測し易くする」であれば、画像生成部１３６は、式１において、画像の平均輝度が最大である原画像の係数を零として用いる。ここで画像の平均輝度とは、画像における全画素の輝度を平均したものとする。そのような原画像を外すことにより、邪魔な光が除去され、ガラスの歪が観測し易くなる。
【００７０】
注意すべきは、この場合、式１の係数が予め固定的に確定しないことである。したがって、画像生成部１３６は適宜必要な処理を行い、適応的に係数を定めるものとする。そのため、関数保持部１３８には係数を定めるための演算等の処理をプログラムとして、当該処理目的と対応づけて記録しておく。このプログラムも広義の関数である。以下、適応的に係数を定める場合は同様の処理をする。
【００７１】
なお、この場合、画像生成部１３６は、式１において、画像の平均輝度が所定値以上である原画像の係数を零として用いてもよい。そうすることにより、たとえば極端に輝度が高い原画像が２枚含まれていても、ガラスの歪を観測し易くなる。別の方法として、式１において、所定値以上の輝度の画素が所定数以上含まれている原画像の係数を零としたものを用いてもよい。
【００７２】
また、ガラスに照射したときに、たとえばガラスの特性によりある特定の偏光方向の画像が輝度が極端に高くなることが予め分かっていれば、式１においてその偏光方向の原画像の計数を零とした関数を用いる。これにより、邪魔な光が除去され、ガラスの歪が観測し易くなる。
【００７３】
上述の画像表示装置１００では、画像処理装置１１０で形成された最終画像Ｉｆを表示装置２００に表示するために用いたが、最終画像Ｉｆは、ユーザにアラームを発出することを目的として最終画像Ｉｆを用いてもよい。
【００７４】
この場合、画像処理装置１１０は、最終画像Ｉｆに輝度が所定値以上である画素が存在するか否かを判定する判定部と、判定部により輝度が所定値以上である画素が存在すると判定された場合に、アラームを発出するアラーム発出部をさらに備える。ガラスに歪が存在した場合、上述したように明暗の模様が画像に表れるので、このように構成することにより、ガラスに歪があるか否かを判定する歪判定装置を構成できる。アラーム発出部は、音または光によりアラームを発出するように構成してもよい。
【００７５】
また、任意に選択した照射部１２の偏光方向に対して、受光部１４の撮像する偏光方向を変化させて複数の原画像を撮像し、原画像の輝度変化を測定することにより、ガラスの歪を定量的に測定することができる。
【００７６】
図５は、偏光画像撮像装置の別の実施の形態を示す図である。図５に示す偏光画像撮像装置５００は、図１に示す偏光画像撮像装置１０と同じように、測定対象物としてのガラス５８０に対して任意の偏光方向の偏光を照射可能な第１照射部５０２と、ガラス５８０から出射された光のうち任意の偏光方向の偏光を受光可能な受光部５０６を備える。さらに、偏光画像撮像装置５００は、ガラス５８０に対して任意の偏光方向の偏光を照射可能な第２照射部５０４を備える。
【００７７】
第１照射部５０２は、第１光源５０８と、第１偏光子５１０と、第１位相制御素子５１２と、第２位相制御素子５１４を備える。第２照射部５０４は、第２光源５１６と、第２偏光子５１８と、第３位相制御素子５２０と、第４位相制御素子５２２を備える。また、受光部５０６は、第５位相制御素子５２４と、第６位相制御素子５２６と、第３偏光子５２８と、撮像部５３０を備える。第１照射部５０２、第２照射部５０４の構成は、図１の照射部１２の構成と同様であり、受光部５０６の構成は、図１の受光部１４の構成と同様である。
【００７８】
偏光画像撮像装置５００において、第１照射部５０２は、ガラス５８０の一方の面５８０ａ側に、照射した光がガラス５８０を透過してガラス５８０の他方の面５８０ｂ側に設けられた受光部５０６に受光されるように設けられる。また、第２照射部５０４は、受光部５０６と同じガラス５８０の面５８０ｂ側に、照射した光がガラス５８０で反射して受光部５０６に受光されるように設けられる。
【００７９】
このように構成された偏光画像撮像装置５００において、第１照射部５０２と第２照射部５０４は、所定の偏光方向の偏光をそれぞれ出射する。偏光方向は、所定の周期で切り替える。撮像部５３０は、第１照射部５０２と第２照射部５０４の偏光方向の切り替えと同期して所定の偏光方向の偏光を抽出し、撮像部５３０にて撮像する。このようにして撮像された複数枚の原画像について、上述したような処理目的に応じた画像処理を施して最終画像Ｉｆを生成し、表示装置に表示することにより、ガラス５８０の歪を観測することができる。
【００８０】
偏光画像撮像装置５００では、偏光を照射する照射部を２つ設け、ガラス５８０からの透過光と反射光について画像を撮像できるように構成した。これにより、たとえば図１のように透過光を撮像するのみでは観測できない歪についても観測でき、歪観測の精度を向上することができる。このように図１または図５に示す偏光画像撮像装置を用いて、像の光強度情報に加えて偏光情報も用いて解析することにより、より精密な解析を行うことが可能である。
【００８１】
図６は、本実施の形態に係る画像表示装置を車両のナイトビジョンシステムに用いる例について説明するための図である。ナイトビジョンシステムは、夜間における運転者の視界を拡大し、運転視認性を高めるための運転補助装置である。
【００８２】
ナイトビジョンシステムとして用いる画像表示装置６００は、たとえば車両６１０のダッシュボード上に設置される表示装置６０２と、車両６１０のヘッドライトとして設けられる照射部６０４と、車両６１０の車両前方のたとえばフロントバンパーやボンネットに設けられる受光部６０６を備える。照射部６０４は、図１に示す照射部１２と同様の構成であり、受光部６０６は、図１に示す受光部１４と同様の構成である。また、画像表示装置６００は、図示していないが、図３で説明した画像処理装置や表示装置制御部を備える。
【００８３】
画像表示装置６００において、照射部６０４からは、所定の偏光方向の偏光が車両６１０前方に照射される。照射部６０４から照射され、たとえば道路標識６２０で反射された光のうち所定の偏光方向の偏光は、受光部６０６にて受光され、画像が撮像される。受光部６０６により撮像された画像には、画像処理装置により画像処理が施され、最終画像Ｉｆが生成される。生成された最終画像Ｉｆは、表示装置６０２に表示される。
【００８４】
画像表示装置６００の詳細な動作の一例について説明する。ここで説明する例は、対向車のヘッドライトにより、車両前方の道路標識６２０が見難い場合に効果的な動作である。
【００８５】
画像表示装置６００において、照射部６０４は、図３の照射部１２と同じように、１０種類の偏光方向の偏光、すなわち、（１）水平偏光（０度偏光）、（２）２２．５度偏光、（３）４５度偏光、（４）６７．５度偏光、（５）垂直偏光（９０度偏光）、（６）１１２．５度偏光、（７）１３５度偏光、（８）１５７．５度偏光、（９）右回り円偏光および（１０）左回り円偏光を車両前方に照射するよう構成される。
【００８６】
まず、時刻ｔ１において、水平偏光が車両前方に照射されるよう照射部６０４に電圧を印加する。車両６１０の前方に位置する道路標識６２０からは、水平偏光に直交する偏光方向の偏光、すなわち垂直偏光が反射される。また、同じ時刻ｔ１に、垂直偏光を受光できるよう受光部６０６に電圧を印加し、垂直偏光による画像を撮像する。撮像した画像は、次の時刻ｔ２まで表示装置６０２に表示する。
【００８７】
次に、時刻ｔ２において、２２．５度偏光が照射されるよう照射部６０４に電圧を印加する。また、時刻ｔ２に、道路標識６２０から反射された１１２．５度偏光を受光できるよう受光部６０６に電圧を印加し、１１２．５度偏光による画像を撮像する。撮像した画像は、次の時刻ｔ３まで表示装置６０２に表示する。同じように、照射する偏光方向と撮像する偏光方向を所定周期で変化させ、それぞれの偏光方向における画像を撮像して表示装置６０２に表示させる。
【００８８】
このように画像表示装置６００を動作させることにより、対向車のヘッドライトからの光の大部分を除去した画像を表示装置６０２に表示することができるので、画像のＳ／Ｎ比が高くなり、道路標識６２０の視認性を向上することができる。
【００８９】
上述の画像表示装置６００の動作例では、同期して照射部６０４と受光部６０６の偏光方向を変化させたが、位相制御素子による偏光方向の偏光や撮像部による撮像が十分高速に行うことができる場合には、照射部６０４が一つの偏光方向の偏光を照射している間に受光部６０６によりたとえば上記の１０種類の偏光方向の偏光による１０枚の画像を撮像し、最も画像の平均輝度が高い画像を抽出して表示装置６０２に表示するように構成してもよい。この場合、最も画像の平均輝度が高い画像の係数を１とし、それ以外の画像の係数を零とした関数を作用させればよい。
【００９０】
画像表示装置６００の詳細な動作の別の例について説明する。この例では、照射部６０４が右回り円偏光と左回り円偏光を所定の周期Ｔ１で交互に出射するように構成する。そして、受光部６０６は、右回り円偏光と左回り円偏光とを照射部６０４とタイミングを合わせ周期Ｔ２（周期Ｔ１のｎ倍：ｎは２以上の整数）で交互に受光し、撮像する。
【００９１】
照射部６０４から右回り円偏光が出射され、再帰反射の処理が施されていない道路標識６２０により反射されて受光部６０６に受光された場合、受光された光は、円偏光の方向が反転して、左回り円偏光となる。左回り円偏光が出射され、道路標識６２０により１回だけ反射された場合は、受光部６０６に受光される光は、右回り円偏光となる。また、道路標識６２０に再帰反射の処理が施されている場合、受光される円偏光の方向は変化せず、右回り円偏光は右回り円偏光として、左回り円偏光は左回り円偏光として受光される。
【００９２】
従って、たとえば、右回り円偏光を受光している周期Ｔ２の間に、左回り円偏光を照射したときに道路標識６２０が表示装置６０２に表示され、右回り円偏光を照射したときに表示されない場合は、道路標識６２０に再帰反射の処理が施されていないと判定することができる。また、右回り円偏光を受光している周期Ｔ２の間に、左回り円偏光を照射したときに道路標識６２０が表示されず、右回り円偏光を照射したときに表示される場合は、道路標識６２０に再帰反射の処理が施されていると判定することができる。
【００９３】
このように、右回り円偏光と左回り円偏光とを交互に照射し、撮像した画像を解析することによって、道路標識６２０に再帰反射の処理が施されているか否かを判定することができる。再帰反射の処理は、主に道路標識や路肩の表示など、運転上特に注意すべき場所に施されている場合が多いので、本動作例のように再帰反射の判定を行い、たとえば再帰反射の部分を赤く表示するなどすることにより、運転者に注意すべき箇所を効果的に認識させることができる。
【００９４】
図７は、偏光画像撮像装置のさらに別の実施の形態を示す図である。図７に示すように、偏光画像撮像装置７００は、測定対象物としてのガラス７８０に対して水平偏光または垂直偏光を照射可能な照射部７１２と、ガラス７８０を透過した光のうち水平偏光または垂直偏光を受光可能な受光部７１４を備える。
【００９５】
照射部７１２は、光源７１６と、第１偏光子７１８と、第１ＴＮセル７２４（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ  ｃｅｌｌ）を備える。照射部７１２において、少なくとも第１偏光子７１８と第１ＴＮセル７２４は、構造的に静的に構成される。すなわち、第１偏光子７１８と第１ＴＮセル７２４は、それぞれ、または少なくとも相対的には、構造上固定的に設けられる。
【００９６】
光源７１６は、第１偏光子７１８に向けて出射光７５０を出射する。光源７１６としては、無偏光の光を出力する電球、蛍光灯などの自然光源や、ランダム偏光を出力するレーザなどを用いることができる。
【００９７】
第１偏光子７１８は、光源７１６からの出射光７５０を入射して、偏光軸７１８ａ方向の直線偏光のみを透過し、第１ＴＮセル７２４に出射光７５２を出射する。第１偏光子７１８は、その偏光軸７１８ａが水平方向となるように設けられる。従って、光源７１６からの出射光７５０のうち、水平方向の偏光が抽出されて第１ＴＮセル７２４に出射される。ここで、本実施の形態では、直交座標系のｘ軸方向を水平方向とし、ｙ軸方向を垂直方向とする。なお、光源７１６として特定の直線偏光成分が強いものを用いれば、第１偏光子７１８を省略した構成も可能である。特定の直線偏光成分が強い光源としては、端面発光のレーザダイオード素子を例示できる。
【００９８】
第１ＴＮセル７２４は、第１偏光子７１８から出射された出射光７５２の偏光方向を変換して、測定対象物であるガラス７８０に照射光７５４を照射する。第１ＴＮセル７２４には、第１ＴＮセル７２４への印加電圧を制御する第１可変電源７３８が設けられる。
【００９９】
第１ＴＮセル７２４は、入射光を旋光して偏光面を回転させる旋光素子の一例である。第１ＴＮセル７２４は、入射側が垂直配向、出射側が水平配向となるように構成される。第１ＴＮセル７２４は、電圧を印加しないとき、出射光７５２の偏光方向を９０度変換する。また、電圧を印加したときは、偏光方向を変換しない。このように、第１ＴＮセル７２４に印加する電圧を制御することにより、照射光７５４の偏光方向を可変に変換できる。
【０１００】
受光部７１４は、第２ＴＮセル７３０と、第２偏光子７３２と、撮像部７３４を備える。受光部７１４において、少なくとも第２ＴＮセル７３０と第２偏光子７３２は、構造的に静的に構成される。すなわち、第２ＴＮセル７３０と第２偏光子７３２は、それぞれ、または少なくとも相対的には、構造上固定的に設けられる
【０１０１】
第２ＴＮセル７３０は、ガラス７８０からの透過光７５６の偏光方向を変換する。第２ＴＮセル７３０には、第２ＴＮセル７３０への印加電圧を制御する第２可変電源７４０が設けられる。
【０１０２】
第２ＴＮセル７３０は、入射光を旋光して偏光面を回転させる旋光素子の一例である。第２ＴＮセル７３０は、入射側が垂直配向、出射側が水平配向となるように構成される。第２ＴＮセル７３０は、電圧を印加しないとき、偏光方向を９０度変換する。また、電圧を印加したときは、偏光方向を変換しない。このように、第２ＴＮセル７３０に印加する電圧を制御することにより、透過光７５６の偏光方向を可変に変換できる。
【０１０３】
第２偏光子７３２は、偏光軸７３２ａが水平方向となるように配置される。これにより、第２ＴＮセル７３０から出射された出射光７５８のうち、水平偏光のみが第２偏光子７３２を透過し、撮像部７３４に受光される。
【０１０４】
撮像部７３４は、マトリックス状に配置された複数の受光素子７７０を有する。撮像部７３４としては、ＣＣＤイメージセンサや、ＣＭＯＳイメージセンサなどを用いることができる。第２偏光子７３２からの出射光７６０を複数の受光素子７７０が受光することにより、ガラス７８０からの透過光７５６のうち、水平偏光または垂直偏光による画像を撮像できる。
【０１０５】
上記のように構成された偏光画像撮像装置７００の動作について、ガラス７８０の歪を観測する場合を例にとって説明する。光源７１６は、無偏光の出射光７５０を出射し続ける。
【０１０６】
時刻ｔ１において、第１可変電源７３８の印加電圧をオフとすると、ＴＮセル７２４は、第１偏光子７１８を透過した水平偏光である出射光７５２を垂直偏光である照射光７５４に変換する。照射光７５４は、ガラス７８０を透過し、透過光７５６として第２ＴＮセル７３０に入射する。
【０１０７】
ここで、ガラス７８０に歪が存在しない場合、ガラス７８０によって偏光方向は変換されないので、透過光７５６も垂直偏光となる。時刻ｔ１において、第２ＴＮセル７３０の印加電圧をオンとすると、透過光７５６は、偏光方向が変換されずに第２ＴＮセル７３０を透過し、第２偏光子７３２に入射する。第２偏光子７３２は水平偏光のみを透過するので、垂直偏光である出射光７５８は第２偏光子７３２を透過できず、撮像部７３４では暗い画像が撮像される。一方、ガラス７８０の一部に歪が存在する場合、歪がある部分を透過した光は偏光方向が変換されるので、透過光７５６に水平偏光の偏光成分が存在するようになる。この場合、歪が存在する部分については、水平偏光が第２偏光子７３２を透過できるので、撮像部７３４により撮像される画像に明暗の模様が形成される。
【０１０８】
次に、時刻ｔ２において、第１ＴＮセル７２４の印加電圧をオンとすると、第１ＴＮセル７２４は、出射光７５２の偏光方向を変換せずに、水平偏光である照射光７５４をガラス７８０に照射する。ガラス７８０に歪が存在しない場合、水平偏光である透過光７５６が第２ＴＮセル７３０に入射される。時刻ｔ２において第２ＴＮセル７３０の印加電圧をオフとすると、透過光７５６は第２偏光子７３２により垂直偏光に変換されるので、第２偏光子７３２を透過できず、撮像部７３４では暗い画像が撮像される。一方、ガラス７８０の一部に歪が存在する場合、歪がある部分を透過する光は偏光方向が変換されるので、透過光７５６に垂直偏光の偏光成分が存在するようになる。この場合、歪が存在する部分については、垂直偏光が水平偏光に変換されるので、第２偏光子７３２を光が透過でき、撮像部７３４により撮像される画像に明暗の模様が形成される。
【０１０９】
このように、第１可変電源７３８と第２可変電源７４０のオンオフを繰り返し、オンオフの切り替えと同期して画像を撮像すると、ガラス７８０の歪を観測することができる。ガラス７８０に照射する光の偏光方向が一方向のみである場合、歪の応力方向によっては歪を検出できない場合もあるが、偏光画像撮像装置７００を用いることにより、直交する２つの偏光方向の光を照射できるので、歪観測の精度を向上することができる。ＴＮセルの応答速度は通常１０ミリ秒程度であり、表示装置の表示周波数よりも速い周波数で動作させることができるので、動画像を生成することができる。
【０１１０】
偏光画像撮像装置７００は、照射部７１２における第１偏光子７１８と第１ＴＮセル７２４、および受光部７１４における第２ＴＮセル７３０と第２偏光子７３２を構造的に静的に構成できるので、偏光子を回転させる等の機構が必要なくなる。また、１つのＴＮセルだけで偏光方向を変換する変換部を構成している。従って、装置を小型かつ安価に構成でき、さらに、装置の耐用年数も向上できる。装置の製造容易性、製造コスト低減、画像の解像度の確保については、図１の場合と同様である。
【０１１１】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【０１１２】
図１の偏光画像撮像装置では、位相制御素子としてπセルを例示したが、位相制御素子はπセルに限定されるものではなく、ＰＬＺＴ結晶（チタン酸ジルコン酸ランタン鉛）や、ＬｉＮｂＯ３結晶などであってもよい。
【０１１３】
図１の偏光画像撮像装置では、照射部１２の第１変換部２４、受光部１４の第２変換部３０にそれぞれ２つの位相制御素子を設けたが、位相制御素子１つで変換部を構成してもよい。この場合、任意の偏光方向の光を照射したり、任意の偏光方向の光を撮像することはできないものの、たとえば水平偏光と垂直偏光を照射または撮像することは可能である。
【０１１４】
図１では、第１偏光子１８、第１位相制御素子２０、第２位相制御素子２２がそれぞれ離間した状態の照射部１２と、第３位相制御素子２６、第４位相制御素子２８、第２偏光子３２、撮像部３４がそれぞれ離間した受光部１４を示したが、それぞれが接触した状態に構成することももちろん可能であり、装置の小型化に寄与できる。この点に関しては、図７に示す偏光画像撮像装置７００も同様である。
【０１１５】
図３の画像表示装置では、メモリを原画像保持部１４４と最終画像保持部１４６の一体型のメモリとして描いたが、もちろん別体としてもよい。その場合、それぞれの処理に適したメモリを選択でき、処理速度やコストを最適化しやすい。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本実施の形態に係る偏光画像撮像装置の構成を示す図である。
【図２】第１変換部、第２変換部による偏光方向の変換を説明するためのポアンカレ球を示す図である。
【図３】本実施の形態に係る偏光画像撮像装置を用いた画像表示装置を示す図である。
【図４】画像表示装置の時分割処理を概念的に示すタイミングチャートである。
【図５】偏光画像撮像装置の別の実施の形態を示す図である。
【図６】本実施の形態に係る画像表示装置を車両のナイトビジョンシステムに用いる例について説明するための図である。
【図７】偏光画像撮像装置のさらに別の実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１０  偏光画像撮像装置、  １６  光源、  １８  第１偏光子、  ２０  第１位相制御素子、  ２２  第２位相制御素子、  ２４  第１変換部、  ２６  第３位相制御素子、  ２８  第４位相制御素子、  ３０  第２変換部、  ３２  第２偏光子、  ３４  撮像部、  １１０  画像処理装置、  １３６  画像生成部、  ２００  表示装置。
【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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