(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光素子が２次元配置された受光素子アレイと、
上記受光素子アレイの入射側に配置され、偏光方向が互いに異なる偏光成分を透過させる複数種類のフィルタ領域を備え、各フィルタ領域が上記受光素子アレイ上における１つの受光素子又は２以上の受光素子群で構成される単位受光領域に対応して配置された偏光フィルタアレイと、
上記受光素子アレイで検出された各単位受光領域の受光量に基づいて、２つ以上の偏光成分についての偏光画像情報を出力する偏光画像情報出力手段とを有する偏光画像撮像装置において、
撮像領域内の各地点からの光の入射光路それぞれを、上記偏光フィルタアレイ上の互いに異なる種類のフィルタ領域に向かう複数の分岐光路に分岐させる光路分岐手段を有し、
一の単位受光領域が、撮像領域内の一地点からの偏光成分であって該一の単位受光領域に対応して設けられたフィルタ領域を通過する偏光成分のみを受光し、他の地点からの光が受光されないように、上記光分岐手段による各分岐光路及び上記偏光フィルタアレイにおけるフィルタ領域の配置が設定されていることを特徴とする偏光画像撮像装置。
【請求項２】
請求項１の偏光画像撮像装置において、
上記光路分岐手段が分岐させる複数の分岐光路の１つは、当該入射光路から直進方向へ進む直進光路であることを特徴とする偏光画像撮像装置。
【請求項３】
請求項１又は２の偏光画像撮像装置において、
上記光路分岐手段は、分岐させた複数の分岐光路が、上記偏光フィルタアレイ上で互いに隣接したフィルタ領域に向かうように構成されていることを特徴とする偏光画像撮像装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の偏光画像撮像装置において、
上記光路分岐手段は、撮像領域内の各地点からの光の入射光路それぞれを偏光成分ごとに分岐させるものであって、各偏光成分に対応した分岐光路が当該分岐光路を通る偏光成分を透過させるフィルタ領域に向かうように構成されていることを特徴とする偏光画像撮像装置。
【請求項５】
請求項４の偏光画像撮像装置において、
上記光路分岐手段は、複屈折部材で構成されていることを特徴とする偏光画像撮像装置。
【請求項６】
請求項４の偏光画像撮像装置において、
上記光路分岐手段は、偏光回折部材で構成されていることを特徴とする偏光画像撮像装置。
【請求項７】
請求項４の偏光画像撮像装置において、
上記光路分岐手段は、偏光ホログラム部材で構成されていることを特徴とする偏光画像撮像装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の偏光画像撮像装置において、
上記光路分岐手段は、上記偏光フィルタアレイに固定されていることを特徴とする偏光画像撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光方向が互いに異なる偏光成分についての偏光画像情報を出力する偏光画像撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的な撮像装置の撮像原理は、撮像領域からの光の強さ（輝度情報）を検出し、この輝度情報に基づいて画像を形成するというものである。一方、近年、撮像領域内に存在する物体の形状や表面状態などの検出（センシング）のために偏光情報を利用した偏光画像撮像装置も知られている。この偏光画像撮像装置は、特定偏光した光または非偏光の自然光が照射された物体からの反射光（鏡面反射光または拡散反射光）が、その物体の表面の向きやその物体に対する撮像位置などの幾何学的要因によって種々の部分偏光を呈することを利用する。このような偏光画像撮像装置によれば、撮像領域内の物体からの反射光の部分偏光状態の２次元分布を偏光画像として取得することができる。偏光画像撮像装置としては、例えば特許文献１や特許文献２に開示されたものが知られている。
【０００３】
特許文献１に開示の撮像装置は、図１２に示すように、垂直偏光成分のみ透過する偏光フィルタ１０２Ａを介して撮像する撮像素子１０４Ａと、水平偏光成分のみ透過する偏光フィルタ１０２Ｂを介して撮像する撮像素子１０４Ｂとを並列配置させている。この撮像装置では、一方の撮像素子１０４Ａを用いて、撮像領域内の物体からの反射光に含まれる垂直偏光成分の２次元強度分布を表現した垂直偏光画像を撮像するとともに、他方の撮像素子１０４Ｂを用いて、撮像領域内の物体からの反射光に含まれる水平偏光成分の２次元強度分布を表現した水平偏光画像を撮像する。そして、画像処理部１０６では、これらの垂直偏光画像及び水平偏光画像について、視差による位置ズレを補正した後、画素ごとに水平偏光強度に対する垂直偏光強度である偏光比を求め、その偏光比を画素値とした偏光比画像を生成する。この撮像装置は、このように２つの撮像素子を並列配置した構成であるので、１つの撮像素子で構成する場合と比較して、コストアップとなることに加えて大型化するという欠点がある。更には、偏光比画像を得るためには視差の位置ズレ補正処理が必要となるという欠点もある。
【０００４】
これに対し、特許文献２には、図１３及び図１４に示すように、偏光フィルタアレイ２０２を介して、１つの撮像素子（受光素子アレイ）２０４により、偏光方向が互いに異なる複数の偏光成分についての偏光画像を同時に取得できる撮像装置が開示されている。この撮像装置の偏光フィルタアレイ２０２は、偏光方向が互いに異なる複数の偏光成分をそれぞれ透過させる複数種類の偏光子領域ａ〜ｄを、撮像素子２０４の各受光素子（単位受光領域）２０４ａに対応させて２次元分布させた構成をもつ。この撮像装置によれば、複数種類の偏光画像を１つの撮像素子２０４により同時に取得できるので、上記特許文献１に記載の撮像装置と比較して、コストダウンや小型化を図ることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記特許文献２に記載の撮像装置のように、偏光方向が互いに異なる偏光成分を透過させる複数種類のフィルタ領域が受光素子アレイ上の各受光素子に対応して配置された偏光フィルタアレイにより各偏光成分についての偏光画像を撮像する場合には、次のような問題点が発生する。以下、その問題点について、図面を参照して説明する。
【０００６】
図１４に示した例の偏光フィルタアレイは、４種類の偏光子領域ａ〜ｄを２×２の受光素子に対応して配置し、これを周期的に２次元配置した分布させたものである。この例における偏光画像の１画素は、４種類の偏光子領域ａ〜ｄに対応する１組（２×２）の受光素子によって構成される。したがって、例えば、偏光子領域ａ〜ｄをそれぞれ透過する各偏光成分についての偏光画像を個別に生成したり、偏光子領域ａ〜ｄをそれぞれ透過する各偏光成分の少なくとも２つを用いて算出される指標値（偏光比等）を用いた偏光画像を生成したりすることができる。
【０００７】
ここで、説明を簡単にするため、図１５に示すように、互いに直交した偏光成分（Ｓ偏光成分、Ｐ偏光成分）を透過させる２種類の偏光子領域を介して受光する２つの受光素子によって偏光画像の１画素が構成される場合で説明する。
偏光フィルタアレイ３０２の各偏光子領域ｆ０，ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４，ｆ５は、それぞれ、撮像素子の各受光素子Ｃ０，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５に対応しており、撮像領域内の位置Ａからの光のＰ偏光成分と位置Ｂからの光のＳ偏光成分とから、偏光画像中の１画素についての偏光画像情報１が生成される。同様に、撮像領域内の位置Ｃからの光のＰ偏光成分と位置Ｄからの光のＳ偏光成分とから、偏光画像中の他の１画素についての偏光画像情報２が生成される。このような偏光画像情報を撮像領域の全域について得ることで、当該撮像領域全体の偏光画像を生成することができる。
【０００８】
図１６（ａ）は、撮像領域内の位置Ａ及び位置Ｂからいずれも同じ光強度をもった無偏光の自然光が入射した場合の模式図である。
図１６（ｂ）は、この場合に、偏光子領域ｆ１，ｆ２を介して撮像素子３０４の受光素子Ｃ１，Ｃ２により受光した受光量（光強度）を示すグラフである。
図１６（ａ）の上方から無偏光である自然光が偏光フィルタアレイ３０２に入射し、これが偏光子領域ｆ１，ｆ２を透過して撮像素子３０４の受光素子Ｃ１，Ｃ２に受光されると、各受光素子Ｃ１，Ｃ２からは受光量（光強度）に応じた電気信号が出力され、その電気信号に基づいて偏光画像の画素値が決定される。ここで、２つの受光素子Ｃ１，Ｃ２には、それぞれ対応する偏光子領域ｆ１，ｆ２を透過した光のみ受光されるものとし、各偏光子領域ｆ１，ｆ２では、直交する偏光成分のうちの一方のみを完全に透過し、他方を完全に遮断するものとする。この場合、同じ光強度をもった無偏光の自然光が各偏光子領域ｆ１，ｆ２を透過して各受光素子Ｃ１，Ｃ２に受光されると、各受光素子Ｃ１，Ｃ２で受光される光の受光量（光強度）は、図１６（ｂ）に示すように、いずれも同じ値をとる。
【０００９】
図１７（ａ）は、撮像領域内の位置Ａからは無偏光の自然光が入射し、位置ＢからはＳ偏光成分のみの光が入射した場合の模式図である。図１７（ｂ）は、この場合に、偏光子領域ｆ１，ｆ２を介して撮像素子３０４の受光素子Ｃ１，Ｃ２により受光した受光量（光強度）を示すグラフである。
この例では、位置Ｂからの光強度は位置Ａからの光強度の１／２としている。位置Ａからの光（無偏光）が偏光子領域ｆ１を透過して受光素子Ｃ１に受光されると、偏光子領域ｆ１を透過する前の光強度の半分（Ｓ偏光成分）が偏光子領域ｆ１で遮断されるので、受光素子Ｃ１に受光される光の強度は偏光子領域ｆ１を透過する前の光強度の半分となる。一方、位置Ｂからの光（Ｓ偏光成分のみ）が偏光子領域ｆ２を透過して受光素子Ｃ２に受光されるとき、その偏光子領域ｆ２で遮断されるＰ偏光成分がもともと存在しないので、受光素子Ｃ２に受光される光の強度は偏光子領域ｆ２を透過する前と同じ光強度となる。位置Ｂからの光強度は位置Ａからの光強度の１／２なので、各受光素子Ｃ１，Ｃ２で受光される光の受光量（光強度）は、図１７（ｂ）に示すように、いずれも同じ値をとる。
【００１０】
図１６（ａ）に示す例と図１７（ａ）に示す例とでは、撮像領域からの光の偏光特性分布が異なっているが、図１６（ｂ）と図１７（ｂ）のグラフを対比すると、各受光素子Ｃ１，Ｃ２で受光される光強度の組合せはいずれも同じ組合せとなる。この場合、各受光素子Ｃ１，Ｃ２の光強度から算出される偏光画像の画素値に違いが出ないので、撮像領域からの光の偏光特性分布の違いが偏光画像上に反映されないことになる。従来の撮像装置では、偏光画像の１画素に対応する一組の受光素子Ｃ１，Ｃ２には同じ地点からの光（同じ偏光特性を持った光）が入射していると仮定して信号処理している。よって、一組の受光素子Ｃ１，Ｃ２で受光される光強度の組合せが図１６（ｂ）や図１７（ｂ）に示すようなものである場合、従来の撮像装置では、これを図１６（ａ）に示す例のような偏光特性分布である（各位置Ａ，Ｂからの光はいずれも無偏光である）と認識することになる。そのため、実際の偏光特性分布が図１７（ａ）に示す例のようなものである場合（位置Ａからの光は無偏光、位置Ｂからの光はＳ偏光成分のみである場合）、従来の撮像装置では、これを図１６（ａ）に示す例のような偏光特性分布であると誤認識してしまう。
【００１１】
従来の撮像装置では、特定の偏光成分を受光する受光素子で受光される光強度からは、そこに向けて入射している光に含まれている当該特定の偏光成分の光強度を把握できても、そこに向けて入射している光がどのような偏光特性を有しているか（他の偏光成分を含んだものであるのか否か等）を判断できない。そのため、偏光画像の１画素に対応する１組の受光素子には同じ地点からの光が入射していると仮定し、ある受光素子で受光される光の偏光特性を、これと同じ組に属する他の受光素子の光強度から推測している。
【００１２】
しかしながら、従来の撮像装置では、同じ組に属する受光素子は、互いに異なる位置Ａ，Ｂからの光を受光するので、これらの位置Ａ，Ｂがいかに近接しているとしても、その推測誤差を避けることはできない。したがって、従来の撮像装置では、偏光特性分布の誤認識の発生を避けることができないという問題点があった。この問題点は、例えば、偏光画像から撮像領域内の物体形状や表面状態などを認識する場合、その物体のエッジ（偏光特性が変化する境界部分）を検出する際にそのエッジ検出精度を低下させ、認識精度を悪化させる要因となるなど、種々の不具合を引き起こす。
【００１３】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、撮像領域内の偏光特性分布の誤認識が発生することを避けることができる偏光画像撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、受光素子が２次元配置された受光素子アレイと、上記受光素子アレイの入射側に配置され、偏光方向が互いに異なる偏光成分を透過させる複数種類のフィルタ領域を備え、各フィルタ領域が上記受光素子アレイ上における１つの受光素子又は２以上の受光素子群で構成される単位受光領域に対応して配置された偏光フィルタアレイと、上記受光素子アレイで検出された各単位受光領域の受光量に基づいて、２つ以上の偏光成分についての偏光画像情報を出力する偏光画像情報出力手段とを有する偏光画像撮像装置において、撮像領域内の各地点からの光の入射光路それぞれを、上記偏光フィルタアレイ上の互いに異なる種類のフィルタ領域に向かう複数の分岐光路に分岐させる光路分岐手段を有し、一の単位受光領域が、撮像領域内の一地点からの偏光成分であって該一の単位受光領域に対応して設けられたフィルタ領域を通過する偏光成分のみを受光し、他の地点からの光が受光されないように、上記光分岐手段による各分岐光路及び上記偏光フィルタアレイにおけるフィルタ領域の配置が設定されていることを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の偏光画像撮像装置において、上記光路分岐手段が分岐させる複数の分岐光路の１つは、当該入射光路から直進方向へ進む直進光路であることを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１又は２の偏光画像撮像装置において、上記光路分岐手段は、分岐させた複数の分岐光路が、上記偏光フィルタアレイ上で互いに隣接したフィルタ領域に向かうように構成されていることを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の偏光画像撮像装置において、上記光路分岐手段は、撮像領域内の各地点からの光の入射光路それぞれを偏光成分ごとに分岐させるものであって、各偏光成分に対応した分岐光路が当該分岐光路を通る偏光成分を透過させるフィルタ領域に向かうように構成されていることを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項４の偏光画像撮像装置において、上記光路分岐手段は、複屈折部材で構成されていることを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項４の偏光画像撮像装置において、上記光路分岐手段は、偏光回折部材で構成されていることを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項４の偏光画像撮像装置において、上記光路分岐手段は、偏光ホログラム部材で構成されていることを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の偏光画像撮像装置において、上記光路分岐手段は、上記偏光フィルタアレイに固定されていることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明においては、撮像領域内の各地点からの光の入射光路それぞれを複数の分岐光路に分岐させ、各分岐光路がそれぞれ偏光フィルタアレイ上の互いに異なる種類のフィルタ領域に向かうように構成されている。よって、同一地点からの光が、互いに異なる種類のフィルタ領域を介して個別の単位受光領域に受光される。したがって、本発明においては、ある単位受光領域で受光した特定の偏光成分の受光量だけではそこに向けて入射している光の偏光特性が認識できなくても（他の偏光成分も含んでいるのか否か等）、その単位受光領域で受光される光と同じ地点からの光についての他の偏光成分を受光する別の単位受光領域の受光量から、当該地点からの光の偏光特性を、推測ではなく直接的に特定することができる。
なお、一の単位受光領域に向けて入射してくる光の偏光特性を別の単位受光領域の受光量から特定するためには、当該別の単位受光領域に、当該一の単位受光領域で受光される光と同じ地点からの光の成分だけが受光されるように、他の地点からの光の成分が当該別の単位受光領域に受光されないようにする。ただし、当該別の単位受光領域に他の地点からの光の成分も受光される場合であっても、当該別の単位受光領域で受光する受光量から当該他の地点からの光の成分を除去することができれば、当該一の単位受光領域に向けて入射してくる光の偏光特性を特定することが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
以上より、本発明は、撮像領域内の偏光特性分布の誤認識が発生することを避けることができる偏光画像撮像装置を提供できるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態における撮像装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】同撮像装置の偏光フィルタアレイと画像センサとを示す拡大図である。
【図３】同偏光フィルタアレイと同画像センサとの位置関係を示す説明図である。
【図４】偏光フィルタアレイの一変形例を示す説明図である。
【図５】偏光フィルタアレイの他の変形例を示す説明図である。
【図６】偏光フィルタアレイの更に他の変形例を示す説明図である。
【図７】構成例１における光路分岐手段である複屈折板の説明図である。
【図８】構成例２における光路分岐手段である偏光回折素子の説明図である。
【図９】構成例３における光路分岐手段である偏光ホログラム部材の説明図である。
【図１０】構成例４における光路分岐手段の説明図である。
【図１１】同撮像装置の偏光画像処理部における処理内容を説明するための説明図である。
【図１２】２つの撮像素子を並列配置して２つの偏光成分についての偏光画像を撮像する従来の撮像装置の一例を示すブロック図である。
【図１３】偏光フィルタアレイを用いて１つの撮像素子により２つの偏光成分についての偏光画像を撮像する他の従来の撮像装置の一例を示すブロック図である。
【図１４】当該他の従来の撮像装置における偏光フィルタアレイと画像センサとの位置関係を示す説明図である。
【図１５】当該他の従来の撮像装置において、同偏光フィルタアレイのフィルタ領域及び画像センサの受光素子と得られる偏光画像情報との関係を示す説明図である。
【図１６】（ａ）は、当該他の従来の撮像装置において、撮像領域内の位置Ａ及び位置Ｂからいずれも同じ光強度をもった無偏光の自然光が入射した場合の模式図である。（ｂ）は、この場合に、偏光子領域を介して撮像素子の受光素子により受光した受光量（光強度）を示すグラフである。
【図１７】（ａ）は、撮像領域内の位置Ａからは無偏光の自然光が入射し、位置ＢからはＳ偏光成分のみの光が入射した場合の模式図である。（ｂ）は、この場合に、偏光子領域を介して撮像素子の受光素子により受光した受光量（光強度）を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る偏光画像撮像装置（以下、単に「撮像装置」という。）の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態における撮像装置の概略構成を示す説明図である。
この撮像装置は、主に、撮像レンズ１と、偏光フィルタアレイ２と、光路分岐手段３と、受光素子が２次元配置された受光素子アレイである画像センサ４と、画像センサ４から出力されるアナログ電気信号をデジタル電気信号に変換した撮像画像データを生成して出力する信号処理部５と、信号処理部５から出力された撮像画像データから偏光画像データを生成して出力する偏光画像情報出力手段としての偏光画像処理部６とから構成されている。被写体（被検物）を含む撮像領域からの光は、撮像レンズ１を通り、光路分岐手段３を通過して偏光フィルタアレイ２を透過し、画像センサ４でその光強度に応じた電気信号に変換される。信号処理部５では、画像センサ４から出力される電気信号（アナログ信号）が入力されると、その電気信号から、撮像画像データとして、画像センサ４上における各単位受光領域の明るさ（輝度）を示すデジタル信号を、画像の水平・垂直同期信号とともに後段の機器へ出力する。なお、本実施形態では、１つの単位受光領域は１つの受光素子で構成されているが、２以上の受光素子群により構成してもよい。
【００１９】
図２は、偏光フィルタアレイ２と画像センサ４とを示す拡大図である。
画像センサ４は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などを用いたイメージセンサであり、その受光素子にはフォトダイオード４ａを用いている。フォトダイオード４ａは、画素ごとに２次元的にアレイ配置されており、フォトダイオード４ａの集光効率を上げるために、各フォトダイオード４ａの入射側にはマイクロレンズ４ｂが設けられている。この画像センサ４がワイヤボンディングなどの手法によりＰＷＢ（printed wiring board）に接合されてセンサ基板が形成されている。画像センサ４のマイクロレンズ４ｂ側の面には、偏光フィルタアレイ２が近接配置されている。
【００２０】
偏光フィルタアレイ２は、図３に示すように、偏光方向が互いに直交する２つの偏光成分のうちの一方（Ｓ偏光成分）を透過するＳ偏光フィルタ領域２ａと他方（Ｐ偏光成分）を透過するＰ偏光フィルタ領域２ｂとがストライプ状に配置されたフィルタ領域パターン（領域分割パターン）を有している。本実施形態では、偏光方向が互いに直交する２つの偏光成分を透過させる２種類のフィルタ領域２ａ，２ｂを備えた構成について説明するが、偏光方向が互いに異なる３つ以上の偏光成分を透過させる３種類以上のフィルタ領域を備えた構成としてもよい。例えば、図１４に示したように、偏光方向が互いに４５°ずつ異なっている４つの偏光成分を透過させる４種類のフィルタ領域を備えた構成としてもよい。また、偏光フィルタアレイ２を構成するフィルタ領域の種類には、入射する光をそのまま透過させる種類の領域が含まれていても良い。
【００２１】
また、本実施形態の偏光フィルタアレイ２は、各フィルタ領域２ａ，２ｂが図中左右方向に長尺なものを図中上下方向に並べたストライプ状のフィルタ領域パターンを備えたものであるが、フィルタ領域パターンはこれに限られるものではない。例えば、図４に示すように、各フィルタ領域２ａ，２ｂが図中上下方向に長尺なものとして、これらを図中左右方向に並べたストライプ状のフィルタ領域パターンでもよい。また、例えば、図５に示すように、各フィルタ領域２ａ，２ｂを２次元方向で交互に隣接するように格子状に配置された市松状のフィルタ領域パターンであってもよい。また、図６に示すように、各フィルタ領域２ａ，２ｂが図中斜めに並べられたストライプ状のフィルタ領域パターンでもよい。このようなフィルタ領域パターンをもった偏光フィルタアレイ２には、フォトリソグラフィプロセスや干渉露光プロセスで形成可能なワイヤーグリッド偏光子やオートクローニング法で形成されるフォトニック結晶偏光子などが利用できる。
【００２２】
〔構成例１〕
以下、本実施形態における偏光フィルタアレイ２の入射側に配置される光路分岐手段３の一構成例（以下、本構成例を「構成例１」という。）について説明する。
図７は、本構成例１における光路分岐手段である複屈折板３Ａの説明図である。
本構成例１に係る光路分岐手段は、入射光路１０を通って入射する光の互いに直交した偏光成分（Ｓ偏光成分とＰ偏光成分）を、２つの分岐光路である直進光路１０Ａとシフト光路１０Ｂとに分離する機能を有するもので、方解石や水晶を用いた複屈折部材としての複屈折板３Ａで構成されている。本構成例１の複屈折板３Ａでは、入射光路１０を通って入射する光のＰ偏光成分が直進光路１０Ａを通り、Ｓ偏光成分がシフト光路１０Ｂを通るように構成されている。
【００２３】
本構成例１では、直進光路１０Ａを通ったＰ偏光成分は偏光フィルタアレイ上のＰ偏光フィルタ領域２ｂに入射し、シフト光路１０Ｂを通ったＳ偏光成分は偏光フィルタアレイ上のＳ偏光フィルタ領域２ａに入射するように構成されている。具体的には、シフト光路１０Ｂのシフト量が、偏光フィルタアレイ上のフィルタ領域ピッチに対応するように設定されている。シフト光路１０Ｂのシフト量は、複屈折板３Ａの結晶軸と厚みｔを変更することで適宜調整できる。
【００２４】
〔構成例２〕
次に、本実施形態における光路分岐手段３の他の構成例（以下、本構成例を「構成例２」という。）について説明する。
図８は、本構成例２における光路分岐手段である偏光回折素子３Ｂの説明図である。
本構成例２に係る偏光回折素子３Ｂも、上記構成例１の複屈折板３Ａと同様に、入射光路１０を通って入射する光の互いに直交した偏光成分（Ｓ偏光成分とＰ偏光成分）を、２つの分岐光路である直進光路１０Ａとシフト光路１０Ｂとに分離する機能を有する。偏光回折素子３Ｂとしては、ウェッジ型の基板を複屈折材料としたものや、等方性材料のウェッジ基板間に、例えば、複屈折性を示す液晶材料を封入した構成が使用できる。ウェッジ構造はピッチが大きい場合は切削などの機械加工で実現可能であり、ピッチが狭い場合はフォトリソグラフィ加工で簡単に実現できるため、高価な複屈折板を用いる構成例１の場合よりも低コスト化できる。なお、シフト光路１０Ｂのシフト量は、積層間隔ｔを変えることで適宜設定できる。
【００２５】
〔構成例３〕
次に、本実施形態における光路分岐手段３の更に他の構成例（以下、本構成例を「構成例３」という。）について説明する。
図９は、本構成例３における光路分岐手段である偏光ホログラム部材３Ｃの説明図である。
本構成例３に係る偏光ホログラム部材３Ｃも、上記構成例１の複屈折板３Ａと同様に、入射光路１０を通って入射する光の互いに直交した偏光成分（Ｓ偏光成分とＰ偏光成分）を、２つの分岐光路である直進光路１０Ａとシフト光路１０Ｂとに分離する機能を有する。また、偏光ホログラム部材３Ｃの構造は干渉露光プロセスで実現されるため、フォトリソグラフィよりも狭ピッチ化が可能であり、シフト量を設定するための積層間隔ｔが小さくできるので小型化が図れる。偏光ホログラム部材３Ｃとしては、例えば、ホログラフィックポリマー分散型液晶（Ｈ−ＰＤＬＣ）光学素子などが使用できる。
【００２６】
〔構成例４〕
次に、本実施形態における光路分岐手段３の更に他の構成例（以下、本構成例を「構成例４」という。）について説明する。
図１０は、本構成例４における光路分岐手段の説明図である。
本構成例４は、光路分岐手段３として上記構成例１の複屈折板３Ａを用い、これを偏光フィルタアレイ２に固定して一体化したものである。なお、光路分岐手段３としては、他の構成例のものでも、更に別の光路分岐手段３であってもよい。一体化の方法は、複屈折板３Ａと偏光フィルタアレイ２を個別作製後に貼り合わせる方法でもよいが、偏光フィルタアレイ２はフォトリソグラフィプロセスで形成できるため、複屈折板３Ａ上に領域分割パターンを直接形成する方法であってもよい。後者の方法は、領域分割パターンの位置合わせが高精度にでき、耐信頼性の向上につながる。
【００２７】
次に、本実施形態における偏光画像処理部６における処理内容について説明する。
図１１は、偏光画像処理部６における処理内容を説明するための説明図である。
本実施形態において、直進光路１０Ａを通るＰ偏光成分は、偏光フィルタアレイ２上のＰ偏光フィルタ領域ｆ１，ｆ３をそのまま透過して、対応する受光素子Ｃ１，Ｃ３に受光される。一方、シフト光路１０Ｂを通ったＳ偏光成分は、偏光フィルタアレイ２上のＳ偏光フィルタ領域ｆ２，ｆ４をそのまま透過して、対応する受光素子Ｃ２，Ｃ４に受光される。したがって、偏光画像の１画素を構成する１組の受光素子Ｃ１，Ｃ２及び受光素子Ｃ３，Ｃ４には、それぞれ、同一位置Ａ，Ｃからの光についてのＳ偏光成分とＰ偏光成分が受光される。したがって、本実施形態においては、例えば受光素子Ｃ１で受光したＰ偏光成分の受光量（光強度）だけでは位置Ａからの光の偏光特性が認識できなくても（Ｓ偏光成分をどの程度含んでいるのか等）、これと同じ位置Ａからの光のＳ偏光成分を受光する受光素子Ｃ２の光強度から、位置Ａからの光の偏光特性を直接的に特定することができる。
【００２８】
ここで、位置Ａからの光の偏光特性を、受光素子Ｃ１及び受光素子Ｃ２の光強度から特定するためには、これらの受光素子Ｃ１，Ｃ２には、位置Ａとは異なる位置からの光の成分が受光されないようにする必要がある。よって、例えば受光素子Ｃ２に真っ直ぐ向かって入射する位置Ｂからの光の成分が、この受光素子Ｃ２に受光されないようにする手段が必要である。本実施形態では、図１１に示すように、位置Ｂからの光が光路分岐手段３に入射すると、位置Ｂからの光のＰ偏光成分が直進光路を通って、受光素子Ｃ２に対応するＳ偏光フィルタ領域ｆ２に入射する。このとき、位置Ｂからの光のＰ偏光成分は、Ｓ偏光フィルタ領域ｆ２によって遮蔽される。したがって、受光素子Ｃ２には、位置Ａからシフト光路を通ってきたＳ偏光成分だけが受光され、位置Ｂからの光のＰ偏光成分は受光されない。同様に、位置Ｂからの光のＳ偏光成分は、シフト光路を通って受光素子Ｃ３に対応するＰ偏光フィルタ領域ｆ３に入射するが、そのＰ偏光フィルタ領域ｆ３によって遮蔽され、受光素子Ｃ３に受光されることはない。したがって、受光素子Ｃ３には、位置Ｃから直進光路を通ってきたＰ偏光成分だけが受光され、位置Ｂからの光のＳ偏光成分は受光されない。
【００２９】
このように、本実施形態によれば、受光素子Ｃ１，Ｃ２からは、位置Ａからの光のＰ偏光成分とＳ偏光成分の光強度に応じた電気信号がそれぞれ出力され、受光素子Ｃ３，Ｃ４からは、位置Ｃからの光のＰ偏光成分とＳ偏光成分の光強度に応じた電気信号がそれぞれ出力されるが、位置Ｂや位置Ｄからの光は、Ｓ偏光成分もＰ偏光成分も偏光フィルタアレイ２によって遮断され、画像センサ４で受光されることはない。したがって、本実施形態においては、位置Ａ及び位置Ｃについての偏光情報（位置Ａ及び位置Ｃからの光の偏光特性）を誤認識することなく正確に特定できる。よって、位置ＡのＰ偏光成分及びＳ偏光成分から偏光画像情報１を生成してこれに対応する画素値を算出し、位置ＣのＰ偏光成分及びＳ偏光成分から偏光画像情報２を生成してこれに対応する画素値を算出すれば、正確な偏光画像を得ることができる。
【００３０】
このようにして得られる各位置のＳ偏光成分とＰ偏光成分は、それぞれ個別の偏光画像として出力してもよいが、各位置のＳ偏光成分とＰ偏光成分との比率を各画素値とした偏光比画像や、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との合計値に対するＳ偏光成分とＰ偏光成分との差分値の比率である差分偏光度を各画素値とした差分偏光度画像などを生成して出力するようにしてもよい。
【００３１】
以上、本実施形態の撮像装置は、受光素子４ａが２次元配置された受光素子アレイである画像センサ４と、画像センサ４の入射側に配置され、偏光方向が互いに異なるＰ偏光成分及びＳ偏光成分を透過させる２種類のフィルタ領域２ａ，２ｂが画像センサ４上における１つの受光素子４ａで構成される単位受光領域に対応して配置された偏光フィルタアレイ２と、画像センサ４で検出された各受光素子４ａの受光量に基づいて、Ｐ偏光成分及びＳ偏光成分についての偏光画像情報を出力する偏光画像情報出力手段としての偏光画像処理部６とを有する偏光画像撮像装置である。この撮像装置には、撮像領域内の各地点からの光の入射光路１０それぞれを、偏光フィルタアレイ２上の互いに異なる種類のフィルタ領域であるＳ偏光フィルタ領域２ａとＰ偏光フィルタ領域２ｂとに向かう２つの分岐光路である直進光路１０Ａとシフト光路１０Ｂとに分岐させる光路分岐手段３が設けられている。これにより、本実施形態においては、各地点（位置Ａ及び位置Ｃ等）についての偏光情報を誤認識することなく正確に特定でき、精度の高い偏光画像を得ることができる。
また、本実施形態では、光路分岐手段３が分岐させる２つの分岐光路の１つは、入射光路１０から直進方向へ進む直進光路１０Ａである。このような分岐光路は比較的容易に形成することができる。
また、本実施形態において、光路分岐手段３は、分岐させた直進光路１０Ａとシフト光路１０Ｂが偏光フィルタアレイ２上で互いに隣接したＰ偏光フィルタ領域２ｂとＳ偏光フィルタ領域２ａとに向かうように構成されている。よって、シフト光路１０Ｂを入射光路から大きくずらす必要がなく、比較的簡易な構成で光路分岐手段３を実現できる。
また、本実施形態において、光路分岐手段３は、撮像領域内の各地点からの光の入射光路１０それぞれを偏光成分ごとに分岐させるものであって、Ｐ偏光成分に対応した直進光路１０ＡはＰ偏光成分を透過させるＰ偏光フィルタ領域２ｂに向かうように構成し、Ｓ偏光成分に対応したシフト光路１０ＢはＳ偏光成分を透過させるＳ偏光フィルタ領域２ａに向かうように構成されている。これにより、例えば偏光画像の一画素を構成する１組の受光素子Ｃ１，Ｃ２には、これに対応する位置Ａからの光の偏光成分のみ受光され、他の位置Ｂからの光の成分が受光されないようにすることができ、より精度の高い偏光画像を得ることができる。
【符号の説明】
【００３２】
１  撮像レンズ
２ａ  Ｓ偏光フィルタ領域
２ｂ  Ｐ偏光フィルタ領域
３  光路分岐手段
３Ａ  複屈折板
３Ｂ  偏光回折素子
３Ｃ  偏光ホログラム部材
４  画像センサ
４ａ  受光素子
５  信号処理部
６  偏光画像処理部
１０  入射光路
１０Ａ  直進光路
１０Ｂ  シフト光路
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３３】
【特許文献１】特開２００６-５８１２２号公報
【特許文献２】特開２００７-８６７２０号公報
【図１】
0005637448.tif 000002
【図２】
0005637448.tif 000003
【図３】
0005637448.tif 000004
【図４】
0005637448.tif 000005
【図５】
0005637448.tif 000006
【図６】
0005637448.tif 000007
【図７】
0005637448.tif 000008
【図８】
0005637448.tif 000009
【図９】
0005637448.tif 000010
【図１０】
0005637448.tif 000011
【図１１】
0005637448.tif 000012
【図１２】
0005637448.tif 000013
【図１３】
0005637448.tif 000014
【図１４】
0005637448.tif 000015
【図１５】
0005637448.tif 000016
【図１６】
0005637448.tif 000017
【図１７】
0005637448.tif 000018