JP2017009793A - 撮像装置および撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】被写体や撮像条件が制限されることなく、撮像後に撮像画像の偏光情報を取得可能とする偏光取得装置を提供する。【解決手段】偏光取得装置１０は、交換レンズ２０と撮像装置３０を含む撮像システムに偏光を用いた撮像を行わせる。偏光取得装置１０は、偏光透過軸の方位が可変である偏光軸可変素子１１と、偏光透過軸の方位が変化するように偏光軸可変素子を動作させる駆動手段１２，１３とを有する。駆動手段は、撮像装置による複数の撮像において偏光透過軸の方位として少なくとも３つの方位が含まれるように偏光軸可変素子を動作させる。【選択図】図７

Description

本発明は、撮像画像から偏光情報を取得するために用いられる偏光取得装置に関する。

撮像光路上に偏光フィルタを設けてこれを回転させることで被写体からの反射光量を調整することができる。例えば、水面下の被写体を撮像する際に偏光フィルタによって水面での反射光を除去することで、被写体がクリアに写った画像を取得することができる。また、樹木を撮像する際に偏光フィルタによって葉からの反射光を抑制することで、色鮮やかな画像を取得することができる。

特許文献１には、カメラと交換レンズとの間に装着され、偏光フィルタとこれを手動で回転させる機構とを備えた中間鏡筒が開示されている。また、特許文献２には、偏光フィルタを回転または光路に対して挿抜することで偏光フィルタ効果の度合いを変えながら複数の撮像画像を取得するカメラが開示されている。

一方、特許文献３には、撮像画像から取得した偏光情報を利用して該撮像画像から鏡面反射成分を除去することが可能なカメラが開示されている。さらに、特許文献４には、複数の画素に互いに異なる偏光方向の偏光を入射させるワイヤーグリッド偏光子を設けることで、互いに異なる複数の偏光情報を抽出できるようにした撮像素子が開示されている。

特開２０１１−１９１４６９号公報 特開２００９−２３２３４７号公報 特開平１１−４１５１４号公報 特開２０１２−８００６５号公報

しかしながら、特許文献１，２にて開示された偏光フィルタでは、１つの撮像画像に対する偏光フィルタ効果を一様にしか調節することしかできず、画像中の異なる領域に対して異なる偏光フィルタ効果を得ることができない。また、撮像後に撮像画像に対する偏光フィルタ効果を調整することは不可能である。

また、特許文献３，４にて開示されたカメラでは、偏光情報を取得するための専用のカメラや照明光を用いる必要がある。この結果、被写体や撮像条件が制限される。

本発明は、被写体や撮像条件が制限されることなく、撮像後に撮像画像の偏光情報を取得可能とする偏光取得装置およびこれを用いて撮像画像とは異なる画像を生成可能な撮像装置等を提供する。

本発明の一側面としての偏光取得装置は、交換レンズと撮像装置を含む撮像システムに偏光を用いた撮像を行わせる。偏光取得装置は、偏光透過軸の方位が可変である偏光軸可変素子と、偏光透過軸の方位が変化するように偏光軸可変素子を動作させる駆動手段とを有する。駆動手段は、撮像装置による複数の撮像において偏光透過軸の方位として少なくとも３つの方位が含まれるように偏光軸可変素子を動作させることを特徴とする。

なお、上記偏光取得装置を用いて撮像を行う撮像装置であって、偏光軸可変素子の偏光透過軸の方位を少なくとも３つの方位にして複数の撮像を行うことで複数の撮像画像を生成する撮像装置も、本発明の他の一側面を構成する。

本発明によれば、被写体や撮像条件が制限されることなく、撮像後に撮像画像の偏光情報を取得可能とする偏光取得装置を実現することができる。そして、この偏光取得装置を用いて取得した偏光情報を用いれば、撮像画像とは異なる画像を生成することも可能となる。

本発明の実施例１である偏光情報取得装置の撮像システムへの装着例を示す図。 実施例１の偏光情報取得装置に用いられる偏光軸可変素子の例を示す図。 図２の偏光軸可変素子の軸方位を示す図。 図２の偏光軸可変素子を透過する光の強度を示す図。 入射偏光状態と角度に対する光強度を示す図。 測定例を示す図。 本発明の実施例２である撮像装置の構成を示す図。 取得画像の例を示す図。 偏光情報ｂを用いて生成した画像の例を示す図。 偏光情報ａ−ｂを用いて生成した画像の例を示す図。 偏光情報ａを用いて生成した画像の例を示す図。 α，ａ，ｂを用いてθを異ならせて生成した画像の例を示す図。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１（ａ），（ｂ）には、本発明の基本的な実施形態である実施例１としての偏光取得装置１０のレンズ交換型撮像システム（以下、カメラシステムという）１００での使用例を示している。カメラシステム１００は、撮像装置としてのデジタルカメラボディ３０と交換レンズ２０とを有する。偏光取得装置１０は、例えば図１（ａ）に示すように、カメラボディ３０と交換レンズ２０との間に装着される。また、例えば図１（ｂ）に示すように、交換レンズ２０の前端（物体側の端部）に装着される。

また、偏光取得装置１０は、カメラボディ３０および交換レンズ２０のうち少なくとも一方に対する着脱を可能とするマウントを備えることが望ましい。このようなマウントを備えることにより、ユーザは、必要に応じて、様々な機種のカメラボディ３０や交換レンズ２０に対して偏光取得装置１０を装着することができる。すなわち、被写体や撮像条件の制限を受けることなく、カメラボディ３０と交換レンズ２０を用いた撮像により取得可能なすべての撮像画像における偏光情報を取得することができる。さらに、取得した偏光情報を利用して撮像画像とは異なる質感を有する画像を生成することもできる。

偏光取得装置１０は、１または複数の後述する偏光軸可変素子とその状態を変化させる駆動部と、該駆動部を制御する制御部とを有する。駆動部と制御部とによって、偏光軸可変素子を動作させる駆動手段が構成される。

偏光軸可変素子は、その偏光透過軸（以下、単に透過軸ともいう）の方向に平行な偏光方向、すなわち偏光軸を有する偏光を透過し、他の偏光軸を有する偏光の透過を阻止する。また、駆動部は、偏光軸可変素子の状態を変化させることによって透過軸の方位（つまりは透過する偏光の偏光軸）を交換レンズ２０の光軸回りにおいて、言い換えれば該光軸に直交する面内（図１の紙面に垂直な面内）において変更することができる。

偏光軸可変素子の構成は特に限定されないが、最も簡単には、透過軸の方向に平行な偏光軸を有する直線偏光を透過する偏光板を用いる構成がある。偏光板を用いる場合には、駆動部によって偏光板を交換レンズ２０の光軸回りで回転動作させることにより、該偏光板の透過軸の方位を変えることができる。

また、図２に示す構成を有する偏光軸可変素子１１を用いてもよい。この偏光軸可変素子１１は、位相差量を変えられる波長板（可変位相板）２を用いている。図２中のｚ軸は交換レンズ２０の光軸が延びる方向（光軸方向）を示している。ｘｙ平面はｚ軸に直交する面であり、ｘ軸およびｙ軸は互いに直交している。また、図２において、左側が偏光軸可変素子に対する光入射側（被写体側）を示し、右側が光射出側（像側）を示す。

図２の偏光軸可変素子１１は、光入射側（被写体側）から順に配置された、１／４λ板１と可変位相板２と偏光板３とにより構成される。１／４λ板１と偏光板３は、１／４λ板１の遅相軸または進相軸（以下、これらをまとめて主軸という）が偏光板３の偏光透過軸と平行になるように配置される。なお、ここにいう「平行」とは、厳密な平行だけではなく、平行とみなせる程度に厳密な平行からずれた関係も含む。また、１／４λ板１と可変位相板２は、１／４λ板１の主軸が可変位相板２の主軸（遅相軸または進相軸）に対して傾くように（４５度をなすように）配置される。ここにいう「４５°」についても、厳密な４５°だけではなく、４５°とみなせる程度に厳密な４５°からずれた関係も含む。

図３には、１／４λ板１、可変位相板２および偏光板３の配置例を示している。この配置例では、１／４λ板１の主軸（破線で示す）と偏光板３の偏光透過軸（点線で示す）とが９０度方位（ｙ軸方位）に延び、１／４λ板１の主軸と可変波長板２の主軸（一点鎖線で示す）が互いに４５度をなしている。

このとき、可変位相板２の位相差Δλと偏光軸可変素子の透過軸の方位θは、
θ＝９０−Δ×１８０（度）
なる関係を満たす。例えば、位相差が０λ、１／４λ、１／２λおよび３／４λのときにはそれぞれ、透過軸は９０度、４５度、０度および−４５度となる。このため、可変位相板２の位相差を変える（つまりは偏光軸可変素子の状態を変化させる）ことで偏光軸可変素子の透過軸の方位を変えることができる。

以下、位相差と透過軸の方位との関係について説明する。ここでは例として、可変位相板２の位相差が１／４λの場合（透過軸の方位が４５度の場合に相当する）を示す。図４には、偏光方位が９０度、４５度、０度および−４５度の直線偏光が偏光軸可変素子に入射した際の透過光の強度を示している。なお、図４において、可変位相板２の位相差は１／４λであり、入射光の偏光方位は図４（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）でそれぞれ、９０度、４５度、０度および−４５度（１３５度）である。また、図４では、図の紙面下側が光入射側を、紙面上側が光射出側をそれぞれ示し、図中の破線矢印は、１／４λ板１の主軸方向、可変位相板２の主軸方向、偏光板３の透過軸方向をそれぞれ示す。

図４（ａ）に示す入射光の偏光方位が９０度である場合は、入射光の偏光方位と１／４λ板１の主軸方向とが一致しているため、入射光は位相差による影響を受けずに１／４λ板１を透過する。可変位相板２の主軸と１／４λ板１を通過した光の偏光方位とは４５度の角度をなすため、１／４λ板１を透過した光は可変位相板２を通過する際に位相差が付与されて円偏光に変換される。円偏光に変換された光のうち偏光板３の透過軸に一致する偏光成分のみが該偏光板３を透過する。このため、表面反射や吸収による損失を無視すると、偏光軸可変素子に入射した偏光の５０％が該偏光軸可変素子を透過する。同様に、入射偏光方位を４５度、０度および−４５度（１３５度）に変えた状態を示す図４（ｂ），（ｃ）および（ｄ）の場合はそれぞれ、理想的には１００％、５０％および０％の光が透過する。これにより、可変位相板２の位相差が１／４λのときには、透過軸が４５度の方位にある偏光板３を透過する際と同等の強度で入射光が通過することがわかる。つまり、位相差が１／４λのときは、この偏光軸可変素子の透過軸の方位を４５度とみなすことができる。

可変位相板２の位相差を０λ、１／２λおよび３／４λに変えると、同様に、偏光軸可変素子の透過軸の方位は、９０度、０度および−４５度（１３５度）と変化する。つまり、可変位相板２の位相差Δλ（ｎｍ）と透過偏光方位θ（ｄｅｇ）は、先に示した、
θ＝９０−Δ×１８０（ｄｅｇ）
なる関係を満たす。

偏光軸可変素子に可変位相板を用いる場合には、駆動部は、偏光軸可変素子の透過軸の方位を変えるために、該偏光軸可変素子に含まれる光学素子の状態を変える機能を有する。例えば、可変位相板２として液晶素子を用いる場合には、駆動部は電圧によって液晶の配向方向を制御して位相差を変えることによって透過軸の方位を変えることができる。

なお、駆動部を制御するための構成は特に限定されない。例えば、カメラボディ３０からの制御信号に応じて駆動部を制御することができる。このためには、カメラボディ３０からの制御信号を受信する通信部と、制御信号に応じて駆動部を制御する制御部とを偏光取得装置１０が備えることが必要になる。通常は、カメラボディ３０と交換レンズ２０とは、マウントに設けられた電子接点を通じて交換レンズ２０を制御する制御信号や交換レンズ２０の状態に関する情報等を通信している。このため、偏光取得装置１０にも通信部として電子接点を設け、カメラボディ３０や交換レンズ２０と通信を行えるようにすればよい。また、電子接点を設けなくても、Ｗｉ−Ｆｉ等の無線ＬＡＮ用の送受信部としての通信部を偏光取得装置１０とカメラボディ３０に設けることで、これらの間で通信ができるようにしてもよい。

カメラボディ３０からの制御信号は、例えばユーザによる撮像指示ボタンの操作（レリーズ操作）により発生する撮像開始信号としてのレリーズ信号を利用することができる。レリーズ信号を受信するごとに偏光軸可変素子の透過軸の方位を変化させて撮像を行ったり、１つのレリーズ信号に応じて透過軸を予め決められた複数の方位に変化させながら複数回の撮像を行ったりしてもよい。この際、偏光取得装置１０から透過軸の方位（透過する偏光の偏光方位）の情報をカメラボディ３０に送信し、取得される撮像画像と透過軸の方位の情報とを関連付けて保存することが好ましい。また、透過軸の方位を変えながら行った複数回の撮像により取得された複数の撮影画像をひとまとまりとして、透過軸の方位の情報と関連付けて保存してもよい。

本実施例では、少なくとも異なる３つ以上の透過軸の方位で撮像を行い、取得した３つ以上の撮像画像（画像データ）から偏光情報を取得する。以下、本実施例における偏光情報の取得の原理について説明する。

例として、被写体からの反射光が図５（ａ），（ｂ）に示すように表現できる場合を考える。図５（ａ）中の楕円は偏光の振幅の方位依存性を示す。また、図５（ｂ）はｘ軸からの角度θに対する偏光の光強度Ｉ（θ）を示す。図５（ａ）中の破線は楕円の長軸および短軸を示しており、αは長軸とｘ軸とのなす角度（方位）である。また、矢印は、長軸方向および短軸方向での振幅を表している。さらに、矢印で表された振幅の２乗が偏光の光強度であり、図５（ｂ）中のａ（最大偏光強度），ｂ（最小偏光強度）に対応している。方位α（最大偏光強度を与える偏光方位）および偏光強度ａ，ｂが偏光情報に相当する。

この例では、ｘ軸に対してα＝３０度の方位に振動する偏光の光強度が最も強い状態を示す。ここで、光強度Ｉ（θ）は、θに対して、以下の式（１）を満たす。

このため、偏光軸可変素子の透過軸の方位を３つ以上変えて光強度を測定すれば（つまり撮像画像を取得すれば）、α，ａおよびｂを求めることができる。例えば、図６には偏光軸可変素子の透過軸の方位がθ＝０度、４５度および９０度であるときにそれぞれ測定される光強度Ｉ（θ）を示す。なお、Ｉ（θ）は、式（１）から分かるように１８０度周期で変化する。このため、α，ａ，ｂを取得するためには、０度以上１８０未満の角度θで表現したときに、互いに異なる少なくとも３つの透過軸の方位で画像データを取得する必要がある。

一方、この条件を満たせば、取得するθには特に制限はない。このため、撮像前の画像を確認しながら透過軸の方位（偏光方位）を調整する作業は必要なく、予め決められた条件で自動的に上記３つ以上の画像データを取得するための撮像を行うことができる。なお、一般に偏光は光強度と振幅の情報を有するが、本実施例では、方位αと光強度ａ，ｂの情報を偏光情報として取得する。また、取得した偏光情報α，ａ，ｂは、単独で保存してもよいが、それを算出するために使用した画像データと関連付けて保存するのがより好ましい。

このように、本実施例の偏光取得装置１０を用いることで、被写体や撮像条件が制限されることなく、撮像後に撮像画像の偏光情報を取得することができる。

また、取得した偏光情報α，ａ，ｂを用いて撮像画像とは質感が異なる画像（以下、質感変更画像ともいう）を生成することができる。ここでの質感とは、被写体からの反射光を意味する。以下、質感変更画像の生成にあたっての偏光情報と反射光との関係について説明する。

物体からの反射光は、物体の表面にて直接反射する鏡面反射成分と、物体の内部や表面で散乱して反射する散乱成分とに分けられる。鏡面反射成分は、被写体の表面にてフレネル反射の条件を満たして反射する。フレネル反射では、一部の条件を除いてＳ偏光の強度がＰ偏光の強度よりも強くなる。このため、鏡面反射成分は、偏光の強度が方位によって変化する、つまり方位依存性を持つ。一方、拡散成分は、被写体に入射した光がさまざまな方向に反射するため、方位依存性はない。そこで、本実施例では、取得した偏光情報のうち方位θに対して変化する成分「ａ−ｂ」を鏡面反射成分とみなし、強度が変化しない成分「ｂ」を散乱成分とみなして、鏡面反射成分や散乱成分を目的に応じて演算して質感変更画像を生成する。これにより、専用の照明光を用いることなく、撮像画像とは反射光（つまりは質感）が異なる画像を生成することができる。

なお、撮像画像から偏光情報α，ａ，ｂを求める処理や偏光情報を利用して質感変更画像を生成する処理は、カメラボディ３０内に設けられた画像処理部で行ってもよいし、ＰＣ等のカメラボディ３０とは別の画像処理装置が行ってもよい。

次に、実施例１で説明した実施形態をより具体的に実施例２として説明する。図７（ａ）には、実施例１で説明した（後により詳細に説明する）偏光取得装置１０が用いられる撮像装置を構成するカメラボディ３０と交換レンズ２０の内部構成を示している。

交換レンズ２０とカメラボディ３０は、交換レンズ２０をカメラボディ３０に対して着脱可能に装着するためのマウント４２，４３を備えている。交換レンズ２０は、撮像光学系としての撮像レンズ２１と、レンズ駆動部２２と、レンズ制御部２３とを備えている。撮像レンズ２１は、被写体からの光（反射光）を結像させて被写体像を形成する。レンズ駆動部２２は、撮像レンズ２１のフォーカシング駆動や絞り駆動等を行う。レンズ制御部２３は、レンズ駆動部２２の動作を制御する。

一方、カメラボディ３０は、撮像素子３５と、カメラ制御部３１と、情報記録部３２とを備えている。撮像素子３５は、撮像レンズ２１により形成された被写体像を撮像（光電変換）するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の光電変換素子である。カメラ制御部３１は、撮像素子３５に撮像動作を行わせたり、撮像素子３５の出力信号から撮像画像を生成したりする。情報記録部３２は、カメラ制御部３１にて生成された撮像画像（画像データ）を記録する。

また、レンズ制御部２３とカメラ制御部３１は、マウント４２，４３に設けられた通信接点５２，５３を介してレンズ情報や制御信号を相互に通信する。

図７（ｂ）には、カメラボディ３０と交換レンズ２０との間に偏光取得装置１０が装着されたときのレンズ交換型システムの内部構成を示している。偏光取得装置１０に設けられたマウント４１ａが交換レンズ２０のマウント４２に着脱可能に装着され、偏光取得装置１０に設けられたマウント４１ｂがカメラボディ３０のマウント４３に着脱可能に装着されている。

偏光取得装置１０は、偏光軸可変素子１１と、駆動部１２と、制御部１３とを有する。実施例１でも述べたように、駆動部１２と制御部１３は駆動手段に相当する。駆動部１２は、偏光軸可変素子１１の透過軸の方位を変化させるように該偏光軸可変素子１１を動作させる。制御部１３は、この駆動部１２の動作、つまりは偏光軸可変素子１１の動作を制御する。また、制御部１３は、マウント４１ａ，４１ｂに設けられた通信接点５１ａ，５１ｂと交換レンズ２０およびカメラボディ３０の通信接点５２，５３とを介してレンズ制御部２３およびカメラ制御部３１と各種情報を通信する。さらに、制御部１３は、レンズ制御部２３とカメラ制御部３１との間の通信を中継する。これにより、図７（ａ）のように偏光取得装置１０を装着することなく撮像を行ったり、図７（ｂ）に示すように偏光取得装置１０を装着して撮像を行ったりすることができる。

偏光軸可変素子１１は、図２に示したように、１／４λ板１と、可変位相板２と、偏光板３とにより構成されている。可変位相板２は、ＶＡ（Vertical Alignment）タイプの液晶素子により構成されている。駆動部１２により可変位相板２に印加する電圧を制御することで、液晶分子の配向方向を変化させるように可変位相板２を動作させることができ、可変位相板２の位相差を０λ、１／４λおよび２／λに変えることができる。これにより、透過軸の方位を９０度（第１の方位）、４５度（第２の方位）および０度（第３の方位）に変えることができる。さらに、本実施例のカメラボディ３０は、撮像モードとして、１回のレリーズ操作に対して１回の撮像を行う第１の撮像モードと、１回のレリーズ操作に対して３回（複数）の撮像を行う第２の撮像モードとを有する。

第１および第２の撮像モードでの偏光取得装置１０の動作について説明する。ここでは偏光情報の取得に必要な偏光取得装置１０の動作についてのみ説明し、偏光情報の取得とは関係がない動作、すなわち交換レンズ２０とカメラボディ３０間での通信やカメラボディ３０による交換レンズ２０の制御等を中継する動作については説明を省略する。

まず、第２の撮像モードについて説明する。第２の撮像モードでは、１回のレリーズ操作に応じて、偏光情報を取得するのに必要な３つの撮像画像を取得する。カメラ制御部３１からレリーズ操作により発生するレリーズ信号を受信した制御部１３は、透過軸の方位を初期方位（第１の方位）に設定する。なお、初期方位は、偏光軸可変素子１１の駆動のために必要なエネルギーが最も小さく済む方位が好ましい。本実施例では、位相差が０λとなる透過軸の方位９０度を初期方位とする。初期方位の設定が完了すると、制御部１３は、透過軸の初期方位とその設定の完了を示す情報をカメラ制御部３１に送信する。この情報を受け取ったカメラ制御部３１は１回目の撮像動作を行う。

レリーズ信号は、２段階操作が可能な撮像指示ボタンが全押し操作されたときに発生する信号を示す。撮像指示ボタンが半押し操作された場合は、制御部１３は、透過軸の方位を初期方位に設定し、該初期方位とその設定完了を示す情報をカメラ制御部３１に送信するが、撮像動作は開始せずにその状態を一定時間保持する。この半押し操作に応じて初期方位が設定された後の一定時間内に撮像指示ボタンが全押し操作されるとカメラ制御部３１は撮像動作を開始する。一方、一定時間内に全押し操作がされなかった場合には、制御部１３は、再度、透過軸を初期方位に設定することから動作を行う。これにより、撮像指示ボタンが半押し操作された後の一定時間内に撮影指示ボタンの全押し操作がなされない場合に偏光取得装置１０に対する通電が停止された場合でも、偏光情報の取得が可能となる。

１回目の撮像動作が終了すると、カメラ制御部３１は、制御部１３に対して撮像動作の終了を示す情報を送信する。撮像動作が終了した情報を受信した制御部１３は、透過軸の方位を第２の方位に設定し、該第２の方位とその設定の完了を示す情報をカメラ制御部３１に送信する。この情報を受け取ったカメラ制御部３１は２回目の撮像動作を行い、これが終了するとその情報を制御部１３に送信する。２回目の撮像動作が終了した情報を受信した制御部１３は、透過軸の方位を第３の方位に設定し、該第３の方位とその設定の完了を示す情報をカメラ制御部３１に送信する。この情報を受け取ったカメラ制御部３１は３回目の撮像動作を行う。

そして、カメラ制御部３１は、３回の撮像動作により取得した３つの撮像画像と、制御部１３から受信した第１から第３の方位を示す情報とを互いに関連付けて情報記録部３２に保存する。

次に、第１の撮像モードについて説明する。第１の撮像モードでは、第２の撮像モードでの動作を分割して実行する。偏光取得装置１０は、その内部のメモリ（図示せず）に透過軸の方位の情報を保持する。カメラボディ３０においてユーザにより第１の撮像モードが選択されると、カメラ制御部３１はその情報を制御部１３に送信する。この情報を受信した制御部１３は、メモリに初期方位（第１の方位）の情報を保存し、偏光軸可変素子１１の透過軸の方位をメモリに保存された初期方位に一致するように（つまり初期方位となるように）設定して、一定時間保持する。

一定時間内に撮像指示ボタンの全押し操作がなされると、カメラ制御部３１は撮像動作を行い、撮像動作が終了すると、撮像画像とメモリに保存された初期方位の情報とを関連付けて保存する。また、カメラ制御部３１は、制御部１３に対して撮像動作の終了を通知する。この通知を受けた制御部１３は、次の撮像に備えて、偏光軸可変素子１１の透過軸の方位を第２の方位に変更し、その状態を一定時間維持するとともに、メモリに第２の方位の情報を保存する。

上記一定時間内に撮像指示ボタンの全押し操作がなされた場合は、カメラ制御部３１は撮像動作を行い、撮像動作が終了すると、撮像画像とメモリに保存された第２の方位の情報とを関連付けて保存する。また、カメラ制御部３１は、制御部１３に対して撮像動作の終了を通知する。この通知を受けた制御部１３は、次の撮像に備えて、偏光軸可変素子１１の透過軸の方位を第３の方位に変更し、その状態を一定時間維持するとともに、メモリに第３の方位の情報を保存する。そして、一定時間内にレリーズ信号を検知したカメラ制御部３１は撮像動作を行い、撮像動作が終了すると、撮像画像とメモリに保存された第３の方位の情報とを関連付けて保存する。また、制御部１３は、透過軸の方位を初期条件に変更する。

一方、上記一定時間内に撮像指示ボタンの全押し操作がなされなかった場合は、カメラ制御部３１は、偏光取得装置１０への通電を停止させる。第１の撮像モードのまま一定時間経過後に撮像指示ボタンの全押し操作がなされた場合には、第１の撮像モードが新たに選択された際と同様にメモリに初期方位を保存するとともに偏光軸可変素子１１の透過軸の方位を初期方位に設定する。これにより、上記一定時間内に撮像指示ボタンの全押し操作がなされなかった場合には、次の撮像は初期方位が設定された状態から行われる。

このように、第１および第２の撮像モードのいずれにおいても、偏光情報を取得するためには３回の撮像が必要となる。３回の撮像により取得された３つの撮像画像は、偏光情報を取得するのに利用されるほか、そのまま記録用画像として利用することもできる。

図８（ａ），（ｂ）および（ｃ）には、上記３回の撮像により取得された３つの撮像画像の例を示す。図８（ａ），（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ、可変位相板２の位相差がそれぞれ０λ、１／４λおよび１／２λである場合、つまりは透過軸の方位が９０度、４５度および０度のときの撮像画像である。また、これら撮像画像は実際にはカラー画像であるが、図８（ａ）〜（ｃ）では該カラー画像を白黒画像に変換して示している。このことは、後述する図９〜図１２に示す画質偏変更画像についても同じである。

図８（ａ）〜（ｃ）に示した撮像画像から偏光情報α，ａ，ｂを算出し、この偏光情報を利用して生成した画質変更画像を図９から図１２に示す。図９は散乱成分ｂを利用して生成した画質変更画像を示す。また、図１０は鏡面反射成分ａ−ｂを利用して生成した画質変更画像を示す。図１１（ａ），（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ、散乱成分ｂに対して鏡面反射成分ａ−ｂの５０％、１００％および１５０％を加えた画質変更画像を示す。つまり、画質変更画像の画素値Ｉ_ｘをＩ_ｘ＝ｘ・（ａ−ｂ）＋ｂとして、ｘ＝０．５、１．０および１．５として算出した画像である。

図８に示した撮像画像と図９〜図１１に示した画質変更画像とを比較すると分かるように、画質変更画像は被写体の表面の光沢感が撮像画像とは異なる画像となる。

また、図１２（ａ）〜（ｆ）には、式（１）のθを０度、３０度、６０度、９０度、１２０度および１５０度に変えて得られた偏光情報を用いて生成した画質変更画像を示す。θを変えて得られた偏光情報を用いて画質変更画像を生成することで、撮像画像の取得時とは異なる任意の透過軸の方位での画質変更画像を生成することができる。

なお、図１０〜図１２では、画像全体で同じ処理を行って生成した画質変更画像を示しているが、画像内の領域によって処理を変えることも可能である。例えば、１つの画像内に複数の被写体が存在する場合に、被写体ごとに処理を変えてもよい。

また、本実施例では可変位相板２としてＶＡタイプの液晶素子を用いた場合について説明したが、可変位相板２に求められる特性に応じて異なるタイプの液晶素子を用いてもよい。例えば、ＴＮタイプやＯＣＢタイプの液晶素子を用いてもよい。

また、本実施例では、撮像画像の取得において偏光軸可変素子１１の透過軸の方位を９０度、４５度および０度の３つに設定する場合について説明したが、他の方位や３つ以上の方位を設定して撮像画像を取得してもよい。
（その他の実施例）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

１ １／４λ板
２ 可変位相板
３ 偏光板
１０ 偏光取得装置
１１ 偏光軸可変素子
１２ 駆動部
１３ 制御部
２０ 交換レンズ
３０ カメラボディ

Claims (12)

1. 交換レンズと撮像装置を含む撮像システムに偏光を用いた撮像を行わせる偏光取得装置であって、
   偏光透過軸の方位が可変である偏光軸可変素子と
   前記偏光透過軸の方位が変化するように前記偏光軸可変素子を動作させる駆動手段とを有し、
   前記駆動手段は、前記撮像装置による複数の撮像において前記偏光透過軸の方位として少なくとも３つの方位が含まれるように前記偏光軸可変素子を動作させることを特徴とする偏光取得装置。
2. 前記撮像装置および該撮像装置に装着される前記交換レンズのうち少なくとも一方に対して着脱可能とするマウントを有することを特徴とする請求項１に記載の偏光取得装置。
3. 前記撮像装置と前記交換レンズとの間に配置され、
   前記撮像装置に対して着脱可能とする第１のマウントと前記交換レンズに対して着脱可能とする第２のマウントとを有することを特徴とする請求項２に記載の偏光取得装置。
4. 前記撮像装置との間で情報を通信するための通信部を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の偏光取得装置。
5. 前記駆動手段は、前記撮像装置から受信した撮像開始信号に応じて前記偏光軸可変素子を動作させることを特徴とする請求項４に記載の偏光取得装置。
6. 前記撮影における前記偏光透過軸の方位に関する情報を前記撮像装置に送信して該撮像により生成された撮像画像と関連付けて保存させることを特徴とする請求項４または５に記載の偏光取得装置。
7. 前記偏光軸可変素子は、光入射側から順に配置された、
   １／４λ板と、
   位相差を可変とする可変位相板と、
   偏光板とを含み、
   前記可変位相板の主軸の方向が、前記１／４λ板の主軸および前記偏光板の偏光透過軸の方向に対して傾いており、
   前記駆動手段は、前記可変位相板の位相差が変化するように該可変位相板を動作させることによって前記偏光透過軸の方位を変化させることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の偏光取得装置。
8. 前記可変位相板は、液晶を用いた位相板であることを特徴とする請求項７に記載の偏光取得装置。
9. 前記偏光軸可変素子は、光入射側から順に配置された、
   偏光板と、
   １／４λ板とを含み、
   前記偏光板の偏光透過軸の方向が前記１／４λ板の主軸の方向に対して傾いており、
   前記駆動手段は、前記偏光軸可変素子を回転動作させることによって前記偏光透過軸の方位を変化させることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の偏光取得装置。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の偏光取得装置を用いて撮像を行う撮像装置であって、
    前記偏光軸可変素子の前記偏光透過軸の方位を少なくとも３つの方位として複数の撮像を行うことにより複数の撮像画像を生成することを特徴とする撮像装置。
11. 前記複数の撮像画像から、最大偏光強度と、最小偏光強度と、前記最大偏光強度を与える偏光方位とを含む偏光情報を取得することを特徴とする請求項１０に記載の撮像装置。
12. 前記偏光情報を用いて、前記撮影画像とは異なる画像を生成することを特徴とする請求項１１に記載の撮像装置。