JP2020204539A - 偏光撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機械的稼動部を必要とせず、スナップショットでの偏光イメージング計測が可能である偏光撮像装置、特に偏光素子についての高精度な位置合わせを必要としない偏光撮像装置、より特にコスト面においても比較的安価である偏光撮像装置の提供。【解決手段】撮像対象から順に、レンズ素子、第１の液晶リターダ、第２の液晶リターダ、光学異方性が周期的に変調された異方性回折格子素子、及び受光素子を配置してなる偏光撮像装置により、上記課題を解決する。【選択図】図３

Description

本発明は、異方性回折格子を具備する偏光撮像装置、特に光学異方性が周期的に変調された異方性回折格子を具備する偏光撮像装置に関する。

偏光状態を計測する技術は古くから様々な手法が報告されている。
最も代表的な偏光計測の手法は、回転する偏光子及び波長板を利用する回転検光子法と回転移相子法である。これらの手法では、偏光素子を回転させながら入射光の偏光状態に応じた光強度の時間波形を観測する。さらに得られた時間波形をフーリエ解析し、ストークスパラメータの情報を復元する。この手法は研究の歴史が長く、様々な誤差低減が施されており測定精度が高いことが特徴である。しかし一方で、時間的に偏光素子を回転させながら複数回に分けてストークスパラメータの復元に必要な情報を取得するため、時間的に偏光状態が変化するような被測定物には不向きな手法である。偏光計測を医療装置やリモートセンシング等へと応用することを考えると、動的な物体の偏光状態の測定の必要性は極めて高く、スナップショットでの偏光空間分布計測が求められる。

スナップショットでの偏光空間分布計測を可能にする偏光カメラとしての偏光計測法には、本発明の以前に先行例がいくつか存在する。
その一例は、光受光素子アレイ上に波長板ないし偏光子をその光学軸方位を４方位に分けたものを分布させ、４画素あたりで回転検光子法ないし回転移相子法に相当する計測を担わせるというものである（非特許文献１又は２）。本手法では、偏光素子を回転させるための機械的稼動部が不要であり、さらに一度の画像取得でストークスパラメータの取得に必要な情報が得られるので、静的且つスナップショットでのイメージング偏光計測が可能となる。しかしながら、光受光素子のアレイと偏光素子のアレイの位置を正確に合わせる必要があり、作製が容易ではない。また、偏光素子アレイの境界部で生じる位相差の不連続性により、測定上好ましくない回折光が生じるおそれもある。

スナップショットでの偏光イメージングを可能とする先行研究のもうひとつの例が、偏光干渉の際の空間キャリアを利用した偏光サバール板を用いた撮像偏光計である（非特許文献３）。
この手法では前述のアレイ素子のような回折の影響が生じない。ただし、本手法ではサバール板等の高額な光学素子を要するため、コストが大きくかかる難点がある。

T. Sato, T. Araki, Y. Sasaki, T. Tsuru, T. Tadokoro, and S. Kawakami, "Compact ellipsometer employing a static polarimeter module with arrayed polarizer and wave-plate elements," Appl. Opt. 46, 4963-4967 (2007). G. Myhre, W. L. Hsu, A. Peinado, C. LaCasse, N. Brock, R. A. Chipman, and S. Pau, "Liquid crystal polymer full-stokes division of focal plane polarimeter," Opt. Express 20, 27393-27409 (2012). H. Luo, K. Oka, E. DeHoog, M. Kudenov, J. Schiewgerling, and E. L. Dereniak, "Compact and miniature snapshot imaging polarimeter," Appl. Opt. 47, 4413-4417 (2008).

そこで、本発明の目的は、機械的稼動部を必要とせず、スナップショットでの偏光イメージング計測が可能である偏光撮像装置、特に偏光素子についての高精度な位置合わせを必要としない偏光撮像装置、より特にコスト面においても比較的安価である偏光撮像装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、上記目的に加えて、又は上記目的の他に、撮像対象が動的なものであっても、偏光イメージング計測が可能である偏光撮像装置を提供することにある。

本発明者らは、以下の発明を見出した。
＜１＞ 撮像対象から順に、レンズ素子、第１の液晶リターダ、第２の液晶リターダ、光学異方性が周期的に変調された異方性回折格子素子、及び受光素子を配置してなる偏光撮像装置。
＜２＞ 上記＜１＞において、第１の液晶リターダ及び第２の液晶リターダは、各々独立に、可変波長板として作用するのがよい。

＜３＞ 上記＜１＞又は＜２＞において、第１の液晶リターダの第１１のリタデーションをπ／２とし且つ第２の液晶リターダの第２１のリタデーションを０として結像される第１の撮像；
第１の液晶リターダの第１２のリタデーションを０とし且つ第２の液晶リターダの第２２のリタデーションをπ／２として結像される第２の撮像；及び
第１の液晶リターダの第１３のリタデーションを０とし且つ第２の液晶リターダの第２３のリタデーションを０として結像される第３の撮像；
を得て、
第１の撮像から第１のストークスパラメータＳ_１、
第２の撮像から第２のストークスパラメータＳ_２、及び
第３の撮像から第３のストークスパラメータＳ_３、をそれぞれ得て、偏光空間分布が測定されるのがよい。

＜４＞ 上記＜１＞〜＜３＞のいずれかにおいて、第１の撮像、第２の撮像及び第３の撮像を１０００ミリ秒以下、好ましくは６００ミリ秒以下、より好ましくは３５０ミリ秒以下、最も好ましくは５０ミリ秒以下で撮像するのがよい。
＜５＞ 上記＜４＞において、第１の撮像、第２の撮像及び第３の撮像を１０００ミリ秒以下、好ましくは６００ミリ秒以下、より好ましくは３５０ミリ秒以下、最も好ましくは５０ミリ秒以下で撮像し、動的撮像対象の偏光空間分布の測定が可能であるのがよい。

＜６＞ 上記＜１＞〜＜５＞のいずれかにおいて、異方性回折格子素子が、互いに方向の異なる複数個の格子ベクトルを有する異方性回折格子を有し、前記格子ベクトルは少なくとも異方性方位又は複屈折が周期的に変調されるのがよい。
＜７＞ 上記＜１＞〜＜６＞のいずれかにおいて、異方性回折格子素子が、入射光のストークスパラメータの情報を、異方性方位および複屈折の分布に応じて空間的に分離し、強度情報へと変換する異方性回折格子を有するのがよい。

＜８＞ 上記＜１＞〜＜７＞のいずれかにおいて、異方性回折格子素子が、（Ａ−１）光架橋、及び（Ａ−２）光異性化からなる群から選ばれる少なくとも１種の反応を生じる光反応性側鎖を有する光反応性高分子膜を有する異方性回折格子を含むのがよい。
＜９＞ 上記＜１＞〜＜８＞のいずれかにおいて、異方性回折格子素子が、光反応性高分子膜からなる異方性回折格子を含むのがよい。
＜１０＞ 上記＜１＞〜＜９＞のいずれかにおいて、異方性回折格子素子が、
Ｉ）第１の透明基体層；及び
ＩＩ）（Ａ−１）光架橋、及び（Ａ−２）光異性化からなる群から選ばれる少なくとも１種の反応を生じる第１の光反応性側鎖を有する第１の光反応性高分子膜
を有する異方性回折格子を含むのがよい。

＜１１＞ 上記＜１＞〜＜１０＞のいずれかにおいて、異方性回折格子素子が、
ＩＩＩ）第２の透明基体層；及び
ＩＶ）（Ａ−１）光架橋、及び（Ａ−２）光異性化からなる群から選ばれる少なくとも１種の反応を生じる第２の光反応性側鎖を有する第２の光反応性高分子膜；
を有し、
前記ＩＩ）第１の光反応性高分子膜と前記ＩＶ）第２の光反応性高分子膜とが対向するように配置し、前記ＩＩ）第１の膜及び前記ＩＶ）第２の膜の間に、（Ｂ）低分子液晶層が配置される異方性回折格子を含むのがよい。

＜１２＞ 上記＜８＞〜＜１１＞のいずれかにおいて、光反応性高分子膜に所望の偏光を干渉露光し、該高分子薄膜に任意の回折パターンを形成することで、該高分子薄膜に入射する光のストークスパラメータの情報を、該高分子薄膜に形成された異方性方位および複屈折の分布に応じて空間的に分離し、強度情報へと変換する異方性回折格子とするのがよい。
＜１３＞ 上記＜１＞〜＜１２＞のいずれかにおいて、異方性回折格子素子が±１次光の回折効率が良い異方性回折格子を有するのがよい。

＜１４＞ 上記＜８＞〜＜１３＞のいずれかにおいて、光反応性高分子膜が、下記式（１）〜（６）
（式中、Ａ、Ｂ、Ｄはそれぞれ独立に、単結合、−Ｏ−、−ＣＨ_２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＮＨ−ＣＯ−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−、又は−Ｏ−ＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−を表す；
Ｓは、炭素数１〜１２のアルキレン基であり、それらに結合する水素原子はハロゲン基に置き換えられていてもよい；
Ｔは、単結合または炭素数１〜１２のアルキレン基であり、それらに結合する水素原子はハロゲン基に置き換えられていてもよい；
Ｙ_１は、１価のベンゼン環、ナフタレン環、ビフェニル環、フラン環、ピロール環および炭素数５〜８の脂環式炭化水素から選ばれる環を表すか、それらの置換基から選ばれる同一又は相異なった２〜６の環が結合基Ｂを介して結合してなる基であり、それらに結合する水素原子はそれぞれ独立に−ＣＯＯＲ_０（式中、Ｒ_０は水素原子又は炭素数１〜５のアルキル基を表す）、−ＮＯ_２、−ＣＮ、−ＣＨ＝Ｃ（ＣＮ）_２、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＮ、ハロゲン基、炭素数１〜５のアルキル基、又は炭素数１〜５のアルキルオキシ基で置換されても良い；
Ｙ_２は、２価のベンゼン環、ナフタレン環、ビフェニル環、フラン環、ピロール環、炭素数５〜８の脂環式炭化水素、および、それらの組み合わせからなる群から選ばれる基であり、それらに結合する水素原子はそれぞれ独立に−ＮＯ_２、−ＣＮ、−ＣＨ＝Ｃ（ＣＮ）_２、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＮ、ハロゲン基、炭素数１〜５のアルキル基、又は炭素数１〜５のアルキルオキシ基で置換されても良い；
Ｒは、ヒドロキシ基、炭素数１〜６のアルコキシ基を表すか、又はＹ_１と同じ定義を表す；
Ｘは、単結合、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｎ＝Ｎ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−、又は−Ｏ−ＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−を表し、Ｘの数が２となるときは、Ｘ同士は同一でも異なっていてもよい；
Ｃｏｕは、クマリン−６−イル基またはクマリン−７−イル基を表し、それらに結合する水素原子はそれぞれ独立に−ＮＯ_２、−ＣＮ、−ＣＨ＝Ｃ（ＣＮ）_２、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＮ、ハロゲン基、炭素数１〜５のアルキル基、又は炭素数１〜５のアルキルオキシ基で置換されても良い；
ｑ１とｑ２は、一方が１で他方が０である；
ｑ３は０または１である；
Ｐ及びＱは、各々独立に、２価のベンゼン環、ナフタレン環、ビフェニル環、フラン環、ピロール環、炭素数５〜８の脂環式炭化水素、および、それらの組み合わせからなる群から選ばれる基である；ただし、Ｘが−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−である場合、−ＣＨ＝ＣＨ−が結合する側のＰ又はＱは芳香環であり、Ｐの数が２以上となるときは、Ｐ同士は同一でも異なっていてもよく、Ｑの数が２以上となるときは、Ｑ同士は同一でも異なっていてもよい；
ｌ１は０または１である；
ｌ２は０〜２の整数である；
ｌ１とｌ２がともに０であるときは、Ｔが単結合であるときはＡも単結合を表す；
ｌ１が１であるときは、Ｔが単結合であるときはＢも単結合を表す；
Ｈ及びＩは、各々独立に、２価のベンゼン環、ナフタレン環、ビフェニル環、フラン環、ピロール環、およびそれらの組み合わせから選ばれる基である。）
からなる群から選ばれるいずれか１種の光反応性側鎖を有する光反応性高分子を有するのがよい。

＜１５＞ 上記＜８＞〜＜１３＞のいずれかにおいて、光反応性高分子膜が、下記式（７）〜（１０）
（式中、Ａ、Ｂ、Ｄはそれぞれ独立に、単結合、−Ｏ−、−ＣＨ_２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＮＨ−ＣＯ−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−、又は−Ｏ−ＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−を表す；
Ｙ_１は、１価のベンゼン環、ナフタレン環、ビフェニル環、フラン環、ピロール環および炭素数５〜８の脂環式炭化水素から選ばれる環を表すか、それらの置換基から選ばれる同一又は相異なった２〜６の環が結合基Ｂを介して結合してなる基であり、それらに結合する水素原子はそれぞれ独立に−ＣＯＯＲ_０（式中、Ｒ_０は水素原子又は炭素数１〜５のアルキル基を表す）、−ＮＯ_２、−ＣＮ、−ＣＨ＝Ｃ（ＣＮ）_２、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＮ、ハロゲン基、炭素数１〜５のアルキル基、又は炭素数１〜５のアルキルオキシ基で置換されても良い；
Ｘは、単結合、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｎ＝Ｎ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−、又は−Ｏ−ＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−を表し、Ｘの数が２となるときは、Ｘ同士は同一でも異なっていてもよい；
ｌは１〜１２の整数を表す；
ｍは、０〜２の整数を表し、ｍ１、ｍ２は１〜３の整数を表す；
ｎは０〜１２の整数（ただしｎ＝０のときＢは単結合である）を表す；
Ｙ_２は、２価のベンゼン環、ナフタレン環、ビフェニル環、フラン環、ピロール環、炭素数５〜８の脂環式炭化水素、および、それらの組み合わせからなる群から選ばれる基であり、それらに結合する水素原子はそれぞれ独立に−ＮＯ_２、−ＣＮ、−ＣＨ＝Ｃ（ＣＮ）_２、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＮ、ハロゲン基、炭素数１〜５のアルキル基、又は炭素数１〜５のアルキルオキシ基で置換されても良い；
Ｒは、ヒドロキシ基、炭素数１〜６のアルコキシ基を表すか、又はＹ_１と同じ定義を表す）
からなる群から選ばれるいずれか１種の光反応性側鎖を有する光反応性高分子を有するのがよい。

＜１６＞ 上記＜８＞〜＜１３＞のいずれかにおいて、光反応性高分子膜が、下記式（１１）〜（１３）
（式中、Ａは、それぞれ独立に、単結合、−Ｏ−、−ＣＨ_２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＮＨ−ＣＯ−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−、又は−Ｏ−ＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−を表す；
Ｘは、単結合、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｎ＝Ｎ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−、又は−Ｏ−ＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−を表し、Ｘの数が２となるときは、Ｘ同士は同一でも異なっていてもよい；
ｌは、１〜１２の整数を表し、ｍは０〜２の整数を表し、ｍ１は１〜３の整数を表す；
Ｒは、１価のベンゼン環、ナフタレン環、ビフェニル環、フラン環、ピロール環および炭素数５〜８の脂環式炭化水素から選ばれる環を表すか、それらの置換基から選ばれる同一又は相異なった２〜６の環が結合基Ｂを介して結合してなる基であり、それらに結合する水素原子はそれぞれ独立に−ＣＯＯＲ_０（式中、Ｒ_０は水素原子又は炭素数１〜５のアルキル基を表す）、−ＮＯ_２、−ＣＮ、−ＣＨ＝Ｃ（ＣＮ）_２、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＮ、ハロゲン基、炭素数１〜５のアルキル基、又は炭素数１〜５のアルキルオキシ基で置換されても良いか、又はヒドロキシ基もしくは炭素数１〜６のアルコキシ基を表す）
からなる群から選ばれるいずれか１種の光反応性側鎖を有する光反応性高分子を有するのがよい。

＜１７＞ 上記＜８＞〜＜１３＞のいずれかにおいて、光反応性高分子膜が、下記式（１４）又は（１５）
（式中、Ａはそれぞれ独立に、単結合、−Ｏ−、−ＣＨ_２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＮＨ−ＣＯ−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−、又は−Ｏ−ＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−を表す；
Ｙ_１は、１価のベンゼン環、ナフタレン環、ビフェニル環、フラン環、ピロール環および炭素数５〜８の脂環式炭化水素から選ばれる環を表すか、それらの置換基から選ばれる同一又は相異なった２〜６の環が結合基Ｂを介して結合してなる基であり、それらに結合する水素原子はそれぞれ独立に−ＣＯＯＲ_０（式中、Ｒ_０は水素原子又は炭素数１〜５のアルキル基を表す）、−ＮＯ_２、−ＣＮ、−ＣＨ＝Ｃ（ＣＮ）_２、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＮ、ハロゲン基、炭素数１〜５のアルキル基、又は炭素数１〜５のアルキルオキシ基で置換されても良い；
ｌは１〜１２の整数を表し、ｍ１、ｍ２は１〜３の整数を表す）
で表される光反応性側鎖を有する光反応性高分子を有するのがよい。

＜１８＞ 上記＜８＞〜＜１３＞のいずれかにおいて、光反応性高分子膜が、下記式（１６）又は（１７）（式中、Ａは単結合、−Ｏ−、−ＣＨ_２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＮＨ−ＣＯ−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−、又は−Ｏ−ＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−を表す；
Ｘは、単結合、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｎ＝Ｎ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−、又は−Ｏ−ＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−を表し、Ｘの数が２となるときは、Ｘ同士は同一でも異なっていてもよい；
ｌは、１〜１２の整数を表し、ｍは０〜２の整数を表す）
で表される光反応性側鎖を有する光反応性高分子を有するのがよい。

＜１９＞ 上記＜８＞〜＜１３＞のいずれかにおいて、光反応性高分子膜が、下記式（１８）又は（１９）
（式中、Ａ、Ｂはそれぞれ独立に、単結合、−Ｏ−、−ＣＨ_２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＮＨ−ＣＯ−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−、又は−Ｏ−ＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−を表す；
Ｙ_１は、１価のベンゼン環、ナフタレン環、ビフェニル環、フラン環、ピロール環および炭素数５〜８の脂環式炭化水素から選ばれる環を表すか、それらの置換基から選ばれる同一又は相異なった２〜６の環が結合基Ｂを介して結合してなる基であり、それらに結合する水素原子はそれぞれ独立に−ＣＯＯＲ_０（式中、Ｒ_０は水素原子又は炭素数１〜５のアルキル基を表す）、−ＮＯ_２、−ＣＮ、−ＣＨ＝Ｃ（ＣＮ）_２、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＮ、ハロゲン基、炭素数１〜５のアルキル基、又は炭素数１〜５のアルキルオキシ基で置換されても良い；
ｑ１とｑ２は、一方が１で他方が０である；
ｌは１〜１２の整数を表し、ｍ１、ｍ２は１〜３の整数を表す；
Ｒ_１は、水素原子、−ＮＯ_２、−ＣＮ、−ＣＨ＝Ｃ（ＣＮ）_２、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＮ、ハロゲン基、炭素数１〜５のアルキル基、又は炭素数１〜５のアルキルオキシ基を表す）
からなる群から選ばれるいずれか１種の感光性側鎖を有する光反応性高分子を有するのがよい。

＜２０＞ 上記＜８＞〜＜１３＞のいずれかにおいて、光反応性高分子膜が、下記式（２０）
（式中、Ａは、単結合、−Ｏ−、−ＣＨ_２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＮＨ−ＣＯ−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−、又は−Ｏ−ＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−を表す；
Ｙ_１は、１価のベンゼン環、ナフタレン環、ビフェニル環、フラン環、ピロール環および炭素数５〜８の脂環式炭化水素から選ばれる環を表すか、それらの置換基から選ばれる同一又は相異なった２〜６の環が結合基Ｂを介して結合してなる基であり、それらに結合する水素原子はそれぞれ独立に−ＣＯＯＲ_０（式中、Ｒ_０は水素原子又は炭素数１〜５のアルキル基を表す）、−ＮＯ_２、−ＣＮ、−ＣＨ＝Ｃ（ＣＮ）_２、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＮ、ハロゲン基、炭素数１〜５のアルキル基、又は炭素数１〜５のアルキルオキシ基で置換されても良い；
Ｘは、単結合、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｎ＝Ｎ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−、又は−Ｏ−ＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−を表し、Ｘの数が２となるときは、Ｘ同士は同一でも異なっていてもよい；
ｌは１〜１２の整数を表し、ｍは０〜２の整数を表す）で表される光反応性側鎖を有する光反応性高分子を有するのがよい。

本発明により、機械的稼動部を必要とせず、スナップショットでの偏光イメージング計測が可能である偏光撮像装置、特に偏光素子についての高精度な位置合わせを必要としない偏光撮像装置、より特にコスト面においても比較的安価である偏光撮像装置を提供することができる。
また、本発明により、上記効果に加えて、又は上記効果の他に、撮像対象が動的なものであっても、偏光イメージング計測が可能である偏光撮像装置を提供することができる。

単純な格子ベクトルを有するＯＣ型回折格子の概略図を示す。 ＯＣ型回折格子の回折特性について、入射光の振幅比角Ψに対する依存性を示す図である。 実施例で用いた偏光撮像装置の構成を説明する図である。 コガネムシを被写体として用い、実施例で用いた偏光撮像装置を用いてイメージング計測の結果の画像である。

＜偏光撮像装置＞
本願は、異方性回折格子を具備する偏光撮像装置を提供する。
電磁波の電場ベクトルの軌跡が偏りを描く性質である「偏光」は、電磁波の持つ一つの特性として幅広く利用されている。電磁波が物質と相互作用（反射・散乱・吸収など）すると、電磁波の偏光状態が変わり、その偏光変化には物質固有の様々な情報が含まれている。すなわち、被写体の偏光特性を測定することで、物質固有の情報を非接触・非破壊で調べることができる。本願の偏光撮像装置は、被写体からの散乱光のストークスパラメータ（偏光状態を記述するパラメータ）の空間分布をスナップショットでイメージング計測を行うことができる。

本願の偏光撮像装置は、撮像対象から順に、レンズ素子、第１の液晶リターダ、第２の液晶リターダ、光学異方性が周期的に変調された異方性回折格子素子、及び受光素子を配置してなる。
なお、本願の偏光撮像装置は、上述の素子以外の、その他の素子を所望により配置してもよい。

＜異方性回折格子素子＞
本願の偏光撮像装置は、光学異方性が周期的に変調された異方性回折格子素子を有する。該異方性回折格子素子を用いたストークスパラメータ測定の原理を以下に説明する。
電磁波の偏光状態は４つの要素から成るストークスベクトル(Ｓ_０，Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３)で表すことができる。
ここで、Ｓ_０：全光強度、Ｓ_１：０ｄｅｇ直線偏光成分と９０ｄｅｇ直線偏光成分の差、Ｓ_２：４５ｄｅｇ直線偏光成分と−４５ｄｅｇ直線偏光成分の差、Ｓ_３：右回り円偏光成分と左回り円偏光成分の差を意味しており、ストークスパラメータと呼ばれる。
０ｄｅｇ直線偏光成分と９０ｄｅｇ直線偏光成分の間の振幅比角と位相差をそれぞれΨとΔとすると、各ストークスパラメータは下記式（１）で定義される。

被写体から反射・散乱・透過してきた光の強度情報からこれら４要素を求めることで、被写体の偏光特性を明らかにすることができる。
本願の偏光撮像装置は、これらストークスパラメータを３度の画像取得でイメージング計測することを特徴とする。本装置の偏光検出の原理は、光学異方性が周期的に変調された異方性回折格子素子に基づく。
装置の構成等について述べる前に、偏光ホログラム記録により作製される異方性回折格子の回折特性について述べる。

一般に、偏光感受性を有する記録材料には、照射偏光の偏光方位と偏光楕円率に応じて光学異方性の方位と複屈折の大きさが記録される。今、互いに振幅の等しい２つの右円偏光と左円偏光を一定の交差角を与えて干渉させ、形成される光電場を偏光記録材料へと照射することを考える（本願において、特記しない限り、このケースをＯＣ干渉（Orthogonal circular polarization interference）と呼ぶ）。この場合、誘起される異方性の方向と大きさが偏光方位と光強度に依存すると仮定すると、誘起される異方性分布を表すＪｏｎｅｓ行列は、下記式（２）で表される。ここで、Δγ＝πΔｎｄ／λであり、Δｎは偏光誘起複屈折の最大値、ｄは記録材料の膜厚、λは被回折光の波長である。

また、式（２）を展開して下記式（３）を得ることができ、式（３）から、式（４）で与えられる入射偏光に対する回折光の強度を求めると、下記式（５）で表すＴ^ＯＣ _±が求められる。
したがって、ＯＣ干渉により記録されたＯＣ記録により形成された異方性格子の回折光強度は、入射光の位相差に依存することが分かる。以降、簡単のために本格子をＯＣ格子と称する。

上述のとおり、偏光ホログラム記録により偏光記録材料中に形成された異方性回折格子は、入射偏光状態に依存した回折特性を示す。このため、入射光の偏光情報を強度情報として空間的に分離することが可能となる。

異方性回折格子が±１次光の回折効率が良い異方性回折格子を有するのがよい。ＯＣ格子において、±１次光の回折効率が最も良い理想的な位相差は上記式（４）から求められる。
具体的には、ＯＣ格子の場合、５％以上の回折効率、即ち位相差（δ＝２πΔｎｄ／λ）では０．４４８＋２πｍ〜５．８２＋２πｍ（ｍ：自然数）の範囲、好ましくは５０％以上の回折効率、即ち位相差（δ＝２πΔｎｄ／λ）では１．５７＋２πｍ〜４．７１＋２πｍ（ｍ：自然数）の範囲、理想的には１００％の回折効率、即ち位相差（δ＝２πΔｎｄ／λ）では３．１４＋２πｍ（ｍ：自然数）であるのがよい。

異方性回折格子素子は、次のように調製することができる。
即ち、異方性回折格子素子は、（Ａ−１）光架橋、及び（Ａ−２）光異性化からなる群から選ばれる少なくとも１種の反応を生じる光反応性側鎖を有する光反応性高分子膜を有する異方性回折格子を含むのがよい。
また、異方性回折格子素子が、光反応性高分子膜からなる異方性回折格子を含むのがよい。この場合、光反応性高分子膜に形成される回折パターンから得られる±１次光の回折効率を良くする必要があるため、光反応性高分子膜に用いられる光反応性高分子は、所望の偏光の干渉露光により、大きな位相差、具体的には上述の範囲の位相差が誘起できる高分子が良い。

異方性回折格子素子は、
Ｉ）第１の透明基体層；及び
ＩＩ）（Ａ−１）光架橋、及び（Ａ−２）光異性化からなる群から選ばれる少なくとも１種の反応を生じる第１の光反応性側鎖を有する第１の光反応性高分子膜
を有する異方性回折格子を含むのがよい。

また、異方性回折格子素子は、
ＩＩＩ）第２の透明基体層；及び
ＩＶ）（Ａ−１）光架橋、及び（Ａ−２）光異性化からなる群から選ばれる少なくとも１種の反応を生じる第２の光反応性側鎖を有する第２の光反応性高分子膜；
を有し、
前記ＩＩ）第１の光反応性高分子膜と前記ＩＶ）第２の光反応性高分子膜とが対向するように配置し、前記ＩＩ）第１の膜及び前記ＩＶ）第２の膜の間に、（Ｂ）低分子液晶層が配置される異方性回折格子を含むのがよい。

＜＜第１及び第２の透明基体層＞＞
第１及び第２の透明基体層は、透明基体からなる。
透明基体として、偏光撮像装置として用いる特性に依存するが、例えば、ガラス；アクリルやポリカーボネート等のプラスチック等；を用いることができる。例えば、透明基体として、偏光紫外線を透過する特性を有するのがよい。

＜＜（Ｂ）低分子液晶層＞＞
ここで、（Ｂ）低分子液晶層に含まれる低分子液晶は、従来、液晶表示素子などに用いられているネマチック液晶や強誘電性液晶などを用いることができる。
具体的には、低分子液晶として、４−シアノ−４’−ｎ−ペンチルビフェニル、４−シアノ−４’−ｎ−フェプチロキシビフェニル等のシアノビフェニル類；コレステリルアセテート、コレステリルベンゾエート等のコレステリルエステル類；４−カ ルボキシフェニルエチルカーボネート、４−カルボキシフェニル−ｎ−ブチルカーボネート等の炭酸エステル類；安息香酸フェニルエステル、フタル酸ビフェニ ルエステル等のフェニルエステル類；ベンジリデン−２−ナフチルアミン、４’−ｎ−ブトキシベンジリデン−４−アセチルアニリン等のシッフ塩基類；Ｎ，Ｎ’−ビスベンジリデンベンジジン、ｐ−ジアニスアルベンジジン等のベンジジン類；４，４’−アゾキシジアニソール、４，４’−ジ−ｎ−ブトキシ アゾキシベンゼン等のアゾキシベンゼン類；以下に具体的に示すフェニルシクロヘキシル系、ターフェニル系、フェニルビシクロヘキシル系などの液晶；などを挙げることができるがこれらに限定されない。

なお、上述の光反応性高分子膜に所望の偏光を干渉露光し、該高分子薄膜に任意の回折パターンを形成することで、該高分子薄膜に入射する光のストークスパラメータの情報を、該高分子薄膜に形成された異方性方位および複屈折の分布に応じて空間的に分離し、強度情報へと変換する異方性回折格子とするのがよい。

＜＜光反応性高分子膜＞＞
上述の光反応性高分子膜は、（Ａ−１）光架橋、及び（Ａ−２）光異性化からなる群から選ばれる少なくとも１種の反応を生じる光反応性側鎖を有する光反応性高分子を有して形成されるのがよい。
なお、本明細書において光反応性とは、（Ａ−１）光架橋、又は（Ａ−２）光異性化、のいずれかの反応；及び双方の反応；を生じる性質をいう。
光反応性高分子は、好ましくは（Ａ−１）光架橋反応を生じる側鎖を有するのがよい。

光反応性高分子は、ｉ）所定の温度範囲で液晶性を発現する高分子であって、光反応性側鎖を有する高分子である。
光反応性高分子は、ｉｉ）２５０ｎｍ〜４５０ｎｍの波長範囲の光で反応し、かつ５０〜３００℃の温度範囲で液晶性を示すのがよい。
光反応性高分子は、ｉｉｉ）２５０ｎｍ〜４５０ｎｍの波長範囲の光、特に偏光紫外線に反応する光反応性側鎖を有することが好ましい。
光反応性高分子は、ｉｖ）５０〜３００℃の温度範囲で液晶性を示すためメソゲン基を有することが好ましい。

光反応性高分子は、上述のように、光反応性を有する光反応性側鎖を有する。該側鎖の構造は、特に限定されないが、上記（Ａ−１）及び／又は（Ａ−２）に示す反応を生じる構造を有し、（Ａ−１）光架橋反応を生じる構造を有するのが好ましい。（Ａ−１）光架橋反応を生じる構造は、その反応後の構造が、熱などの外部ストレスに曝されたとしても、光反応性高分子の配向性を長期間安定に保持できる点で好ましい。
光反応性高分子の側鎖の構造は、剛直なメソゲン成分を有する方が、液晶の配向が安定するため、好ましい。

メソゲン成分として、ビフェニル基、ターフェニル基、フェニルシクロヘキシル基、フェニルベンゾエート基、アゾベンゼン基などを挙げることができるがこれらに限定されない。

光反応性高分子の主鎖の構造として、例えば、炭化水素、（メタ）アクリレート、イタコネート、フマレート、マレエート、α−メチレン−γ−ブチロラクトン、スチレン、ビニル、マレイミド、ノルボルネン等のラジカル重合性基およびシロキサンからなる群から選択される少なくとも１種を挙げることができるがこれに限定されない。
また、光反応性高分子の側鎖として、下記式（１）〜（６）の少なくとも１種からなる側鎖であるのが好ましい。

式中、Ａ、Ｂ、Ｄはそれぞれ独立に、単結合、−Ｏ−、−ＣＨ_２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＮＨ−ＣＯ−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−、又は−Ｏ−ＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−を表す；
Ｓは、炭素数１〜１２のアルキレン基であり、それらに結合する水素原子はハロゲン基に置き換えられていてもよい；
Ｔは、単結合または炭素数１〜１２のアルキレン基であり、それらに結合する水素原子はハロゲン基に置き換えられていてもよい；
Ｙ_１は、１価のベンゼン環、ナフタレン環、ビフェニル環、フラン環、ピロール環および炭素数５〜８の脂環式炭化水素から選ばれる環を表すか、それらの置換基から選ばれる同一又は相異なった２〜６の環が結合基Ｂを介して結合してなる基であり、それらに結合する水素原子はそれぞれ独立に−ＣＯＯＲ_０（式中、Ｒ_０は水素原子又は炭素数１〜５のアルキル基を表す）、−ＮＯ_２、−ＣＮ、−ＣＨ＝Ｃ（ＣＮ）_２、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＮ、ハロゲン基、炭素数１〜５のアルキル基、又は炭素数１〜５のアルキルオキシ基で置換されても良い；
Ｙ_２は、２価のベンゼン環、ナフタレン環、ビフェニル環、フラン環、ピロール環、炭素数５〜８の脂環式炭化水素、および、それらの組み合わせからなる群から選ばれる基であり、それらに結合する水素原子はそれぞれ独立に−ＮＯ_２、−ＣＮ、−ＣＨ＝Ｃ（ＣＮ）_２、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＮ、ハロゲン基、炭素数１〜５のアルキル基、又は炭素数１〜５のアルキルオキシ基で置換されても良い；
Ｒは、ヒドロキシ基、炭素数１〜６のアルコキシ基を表すか、又はＹ_１と同じ定義を表す；
Ｘは、単結合、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｎ＝Ｎ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−、又は−Ｏ−ＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−を表し、Ｘの数が２となるときは、Ｘ同士は同一でも異なっていてもよい；
Ｃｏｕは、クマリン−６−イル基またはクマリン−７−イル基を表し、それらに結合する水素原子はそれぞれ独立に−ＮＯ_２、−ＣＮ、−ＣＨ＝Ｃ（ＣＮ）_２、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＮ、ハロゲン基、炭素数１〜５のアルキル基、又は炭素数１〜５のアルキルオキシ基で置換されても良い；
ｑ１とｑ２は、一方が１で他方が０である；
ｑ３は０または１である；
Ｐ及びＱは、各々独立に、２価のベンゼン環、ナフタレン環、ビフェニル環、フラン環、ピロール環、炭素数５〜８の脂環式炭化水素、および、それらの組み合わせからなる群から選ばれる基である；ただし、Ｘが−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−である場合、−ＣＨ＝ＣＨ−が結合する側のＰ又はＱは芳香環であり、Ｐの数が２以上となるときは、Ｐ同士は同一でも異なっていてもよく、Ｑの数が２以上となるときは、Ｑ同士は同一でも異なっていてもよい；
ｌ１は０または１である；
ｌ２は０〜２の整数である；
ｌ１とｌ２がともに０であるときは、Ｔが単結合であるときはＡも単結合を表す；
ｌ１が１であるときは、Ｔが単結合であるときはＢも単結合を表す；
Ｈ及びＩは、各々独立に、２価のベンゼン環、ナフタレン環、ビフェニル環、フラン環、ピロール環、およびそれらの組み合わせから選ばれる基である。

側鎖は、下記式（７）〜（１０）からなる群から選ばれるいずれか１種の光反応性側鎖であるのがよい。
式中、Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｙ_１、Ｘ、Ｙ_２、及びＲは、上記と同じ定義を有する；
ｌは１〜１２の整数を表す；
ｍは、０〜２の整数を表し、ｍ１、ｍ２は１〜３の整数を表す；
ｎは０〜１２の整数（ただしｎ＝０のときＢは単結合である）を表す。

側鎖は、下記式（１１）〜（１３）からなる群から選ばれるいずれか１種の光反応性側鎖であるのがよい。
式中、Ａ、Ｘ、ｌ、ｍ、ｍ１及びＲは、上記と同じ定義を有する。

側鎖は、下記式（１４）又は（１５）で表される光反応性側鎖であるのがよい。
式中、Ａ、Ｙ_１、ｌ、ｍ１及びｍ２は上記と同じ定義を有する。

側鎖は、下記式（１６）又は（１７）で表される光反応性側鎖であるのがよい。
式中、Ａ、Ｘ、ｌ及びｍは、上記と同じ定義を有する。

側鎖は、下記式（１８）又は（１９）で表される光反応性側鎖であるのがよい。
（式中、Ａ、Ｂ、Ｙ_１、Ｒ_１は、上記と同じ定義を有する。
ｑ１とｑ２は、一方が１で他方が０である；
ｌは１〜１２の整数を表し、ｍ１、ｍ２は１〜３の整数を表す；

側鎖は、下記式（２０）で表される光反応性側鎖であるのがよい。
式中、Ａ、Ｙ_１、Ｘ、ｌ及びｍは上記と同じ定義を有する。

また、光反応性高分子膜を形成する成分として、下記式（２１）〜（３１）からなる群から選ばれるいずれか１種の液晶性側鎖を有する高分子を有してもよい。例えば、光反応性高分子膜を形成する上述の高分子の光反応性側鎖が液晶性を有しない場合、又は、光反応性高分子膜を形成する上述の高分子の主鎖が液晶性を有しない場合、光反応性高分子膜を形成する成分は、下記式（２１）〜（３１）からなる群から選ばれるいずれか１種の液晶性側鎖を有するのがよい。
式中、Ａ、Ｂ、ｑ１及びｑ２は上記と同じ定義を有する；
Ｙ_３は、１価のベンゼン環、ナフタレン環、ビフェニル環、フラン環、窒素含有複素環、及び炭素数５〜８の脂環式炭化水素、および、それらの組み合わせからなる群から選ばれる基であり、それらに結合する水素原子はそれぞれ独立に−ＮＯ_２、−ＣＮ、ハロゲン基、炭素数１〜５のアルキル基、又は炭素数１〜５のアルキルオキシ基で置換されても良い；
Ｒ_３は、水素原子、−ＮＯ_２、−ＣＮ、−ＣＨ＝Ｃ（ＣＮ）_２、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＮ、ハロゲン基、１価のベンゼン環、ナフタレン環、ビフェニル環、フラン環、窒素含有複素環、炭素数５〜８の脂環式炭化水素、炭素数１〜１２のアルキル基、又は炭素数１〜１２のアルコキシ基を表す；
ｌは１〜１２の整数を表し、ｍは０から２の整数を表し、但し、式（２３）〜（２４）において、全てのｍの合計は２以上であり、式（２５）〜（２６）において、全てのｍの合計は１以上であり、ｍ１、ｍ２およびｍ３は、それぞれ独立に１〜３の整数を表す；
Ｒ_２は、水素原子、−ＮＯ_２、−ＣＮ、ハロゲン基、１価のベンゼン環、ナフタレン環、ビフェニル環、フラン環、窒素含有複素環、及び炭素数５〜８の脂環式炭化水素、および、アルキル基、又はアルキルオキシ基を表す；
Ｚ_１、Ｚ_２は単結合、−ＣＯ−、−ＣＨ_２Ｏ−、−ＣＨ＝Ｎ−、−ＣＦ_２−を表す。

＜＜光反応性高分子膜の製法＞＞
上述の光反応性高分子膜は、上記光反応性側鎖を有する光反応性側鎖モノマーを重合することによって、場合によっては該光反応性側鎖モノマーと上記液晶性側鎖を有するモノマーとを共重合することによって、得ることができる。例えば、ＷＯ２０１７／０６１５３６号公報（該公報の内容は全て、参照により本願に組み込まれる）の［００６２］〜［００９０］を参照することによって、製造することができる。

＜第１及び第２の液晶リターダ＞
本発明の偏光撮像装置は、第１及び第２の液晶リターダを有する。
第１及び第２の液晶リターダは、第１〜第３の撮像において、所望のリタデーションを提供できれば、特に限定されない。
特に、第１〜第３の撮像において、短時間、具体的にはミリ秒のオーダーで、より具体的には１０００ミリ秒以下、好ましくは６００ミリ秒以下、より好ましくは３５０ミリ秒以下、最も好ましくは５０ミリ秒以下で、所望のリタデーションを提供できるのがよい。

第１の液晶リターダ及び第２の液晶リターダは、各々独立に、可変波長板として作用するのがよい。
具体的には、次のように作用するのがよい。
第１の撮像時において、第１の液晶リターダの第１１のリタデーションをπ／２とし且つ第２の液晶リターダの第２１のリタデーションをゼロとするのがよい。
また、第２の撮像時において、第１の液晶リターダの第１２のリタデーションをゼロとし且つ第２の液晶リターダの第２２のリタデーションをπ／２とするのがよい。
さらに、第３の撮像時において、第１の液晶リターダの第１３のリタデーションをゼロとし且つ第２の液晶リターダの第２３のリタデーションをゼロとするのがよい。

上記第１〜第３の撮像において、次のようにして、第１のストークスパラメータＳ_１、 第２のストークスパラメータＳ_２、及び第３のストークスパラメータＳ_３を得ることができる。
即ち、第１の撮像の際、各々の直線偏光成分は、第１の液晶リターダを透過して、それぞれＲＣＰ及びＬＣＰへと同軸で変換される。また、第１の液晶リターダを透過した、同軸変換された各々の円偏光成分、ＲＣＰ及びＬＣＰは、第２の液晶リターダを透過して、偏光状態を保ったまま、異方性回折格子へと入射し、各々の円偏光成分は、±１次回折光として空間的に分離され、受光素子アレイ上に結像される。このとき、±１次光は、それぞれ入射光の０ｄｅｇと９０ｄｅｇの直線偏光成分から変換されたものであるから、両成分の光強度分布の差分を取ると、Ｓ_１の空間分布が求められる。

第２の撮像では、上述したように、第１の液晶リターダのリタデーションをゼロ、及び第２の液晶リターダのリタデーションをπ／２とする。
第２の撮像により、被測定光の＋４５ｄｅｇと−４５ｄｅｇの直線偏光成分が±１次回折光として空間的に分離され、受光素子アレイ上に結像し、Ｓ_２の空間分布が求められる。

第３の撮像では、上述したように、第１の液晶リターダのリタデーションをゼロ、及び第２の液晶リターダのリタデーションをゼロとする。
第３の撮像により、入射光のＲＣＰ成分とＬＣＰ成分が偏光状態を保ったまま異方性回折格子に入射し、回折光強度の差分からＳ_３の空間分布が求められる。

上記のようにすることにより、３回の撮像により、第１〜第３のストークスパラメータＳ_１〜Ｓ_３を求めることができる。
なお、第１の撮像、第２の撮像及び第３の撮像は、必ずしもその順番で行わなくともよい。
第１及び第２の液晶リターダのリタデーションを、所望の応答速度で可変させることにより、上記第１〜第３のストークスパラメータＳ_１〜Ｓ_３を該応答速度に合わせた速度で求めることができる。また、第１〜第３のストークスパラメータＳ_１〜Ｓ_３を高速で求めることができれば、撮像対象が動的であったとしても、偏光撮像することができる。したがって、所望のリタデーション応答速度を有する第１及び第２の液晶リターダを用いるのがよい。

第１及び第２の液晶リターダは、次のように作製することができる。
即ち、液晶配向膜付き基板を２枚用意する。２枚の液晶配向膜付き基板の液晶配向膜を所定の方向に配向させた後、該所定の方向を一致させ、液晶配向膜側を対向させ、且つ対向する液晶配向膜間のギャップを所定の距離とし、セルを調製する。
該セルのギャップに低分子液晶を充填することにより、液晶リターダを得ることができる。ここで、低分子液晶として、上述の「（Ｂ）低分子液晶層」に記載した、従来、液晶表示素子などに用いられているネマチック液晶や強誘電性液晶などを用いることができ、上記で例示したものを用いることができる。
なお、上述において、液晶配向膜としてラビング配向型のものを用いることを記載したが、ラビング配向型に代えて、光配向型のものを用いてもよい。
得られた第１及び第２の液晶リターダは、第１及び第２の電圧印加手段を有するのがよい。第１及び第２の電圧印加手段により、液晶リターダに電圧が印加され、該電圧により所望のリタデーション、例えば上述したリタデーションを提供するのがよい。

＜レンズ素子＞
本発明の偏光撮像装置は、レンズ素子を有する。該レンズ素子は、後述する受光素子において結像する作用を有すれば、特に限定されない。
＜受光素子＞
本発明の偏光撮像装置は、受光素子を有する。該受光素子は、結像したデータから上述の第１〜第３のストークスパラメータＳ_１〜Ｓ_３を求めることができれば、特に限定されない。なお、第１〜第３のストークスパラメータＳ_１〜Ｓ_３の測定速度を高めるためには、該速度に見合う応答速度を有する受光素子であるのがよい。

本発明の偏光撮像装置について、図を用いて説明する。
図３は、本発明の偏光撮像装置の概略を説明する図である。なお、図３は説明のために例示したものであり、本発明の偏光撮像装置は、図３の装置に限定されない。
本発明の偏光撮像装置１は、結像レンズ２、色フィルタ３、第１の液晶リターダ４、第２の液晶リターダ５、異方性回折格子６、及び受光素子７を有して成る。
結像レンズ２は受光素子アレイからの配置距離を可変とし、ピント調整できるようにしている。
異方性回折格子６の回折角は波長依存性を伴うため、白色光に対しては角度分散によって像がボケる問題が生じ得る。このため、色フィルタ３を挿入して分散の影響を低減している。異方性回折格子６は観測波長に応じてリタデーションが最適化されたものを対応する周波数帯の干渉フィルタと組み合わせて用いる。

イメージング部（結像レンズ２、受光素子７、例えば受光素子アレイ）を導入したことで、点計測に限定されず、イメージング計測を行うことができる。
一般にストークスパラメータを求めるには、式（１）にある０ｄｅｇ直線偏光成分、９０ｄｅｇ直線偏光成分、４５ｄｅｇ直線偏光成分、−４５ｄｅｇ直線偏光成分、右回り円偏光成分、左回り円偏光成分の各光強度を測定する方法や、回転移相子法などのフーリエ解析法が用いられる。しかし、これらの手法では、原理上複数回の測定を要するため、状態が時間的に変化するような被写体の測定には向かない。
これに対し、本発明の偏光撮像装置では、ストークスパラメータの計測に必要な情報を空間的に分離し、強度情報として取得することで、スナップショットでの偏光イメージング計測を可能としている。また、所望のリタデーション応答速度を有する第１及び第２の液晶リターダを用いることにより、動的な被測定対象であっても測定可能であることを特徴としている。なお、回折格子を含めて高額な光学素子を要しないため、安価である点も特徴のひとつである。

本発明の偏光撮像値は、動的な被測定対象であっても静的な被測定対象であっても２次元的に測定可能であるため、種々の分野に応用することができる。例えば、医療分野、自動車の自動運転技術分野、セキュリティー分野などを挙げることができるが、これらに限定されない。
以下、本発明について、実施例を用いて具体的に説明するが、本発明は該実施例によってのみ限定されるものではない。

＜異方性回折格子の作製＞
記録材料として、下記式で表される光架橋性高分子液晶（4-(4-methoxycinnamoyloxy)biphenyl side groups（Ｐ６ＣＢ））を用いた。
Ｐ６ＣＢをジクロロメタンに溶解し、ガラス基板上に膜厚が３００ｎｍとなるようにスピンコートした。
Ｐ６ＣＢフィルムがコートされたガラス基板を２枚用意し、Ｐ６ＣＢフィルム側を対向させ張り合わせて９μｍのギャップを有する空のセルを作成した。作製した空セルに、Ｈｅ−Ｃｄレーザから射出された波長３２５ｎｍの紫外レーザをＯＣ干渉させながら６００ｍＪ／ｃｍ^２の露光エネルギーで照射した。照射後に１５０℃のオーブンで１５分間熱処理し、熱処理後に熱処理後に低分子液晶ＺＬＩ４７９２（メルク社製）をセル内に注入してセルタイプのＯＣ格子を作製した。作製した異方性回折格子の直径は８ｍｍであった。
得られた異方性回折格子は、光学異方性が周期的に変調された機能、具体的には右円偏光と左円偏光を±１次光方向へ空間的に分離する機能を有した。

＜第１及び第２の液晶リターダの作製＞
第１及び第２の液晶リターダを、各々、次のように作製した。
表面に酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）がコーティングされたガラス基板に、シクロブタンテトラカルボン酸二無水物とジアミノジフェニルエーテルとを反応させてできるポリイミド前駆体溶液をスピンコーティングすることにより、ポリイミド膜を片面に有する基板を調製した。得られたポリイミド膜をラビングすることにより、配向処理を施した。
該配向処理したポリイミド膜を有する基板を２枚用意し、ポリイミド膜側を対向させ、且つ配向処理した配向方向を一致させて、１３．５μｍのギャップを有する空のセルを作製した。
該セル内に、低分子液晶ＺＬＩ４７９２（メルク社製）を注入して第１の液晶リターダを得た。
また、第１の液晶リターダと同様に、第２の液晶リターダを得た。
第１の液晶リターダ及び第２の液晶リターダはそれぞれ、第１及び第２の電圧印加手段を具備し、電圧印加により所望のリタデーションを有することができるようにした。

＜偏光撮像装置の作製＞
図３に示す偏光撮像装置の概略図に従って、偏光撮像装置を作製した。
具体的には、図３に示すように、偏光撮像装置は、被写体から順に、結像レンズ、色フィルタ（Ｔｈｏｒｌａｂｓ社製ＦＬ５３２−３（中心波長５３２ｎｍ）、上記で得た第１の液晶リターダ、上記で得た第２の液晶リターダ、上記で得た異方性回折格子、及び受光素子となるように配置した。なお、受光素子として市販カメラ（ＳＯＮＹ社製α６０００）を用いた。

＜イメージング計測＞
本実施例では、円偏光に対する選択反射特性を示すコガネムシを被写体として用い、イメージング計測を行った。
具体的には、第１に、第１の液晶リターダのリタデーションをπ／２、及び第２の液晶リターダのリタデーションをゼロとなるように、第１及び第２の電圧印加手段を調整して、第１の撮像を行った。
第１の撮像の際、各々の直線偏光成分は、第１の液晶リターダを透過して、それぞれＲＣＰ及びＬＣＰへと同軸で変換された。
また、第１の液晶リターダを透過した、同軸変換された各々の円偏光成分、ＲＣＰ及びＬＣＰは、第２の液晶リターダを透過して、偏光状態を保ったまま、異方性回折格子へと入射し、各々の円偏光成分は、±１次回折光として空間的に分離され、受光素子アレイ上に結像した。このとき、±１次光は、それぞれ入射光の０ｄｅｇと９０ｄｅｇの直線偏光成分から変換されたものであるから、両成分の光強度分布の差分を取ると、Ｓ_１の空間分布が求められた。

次いで、第２の撮像を行った。
第２の撮像では、第１の液晶リターダのリタデーションをゼロ、及び第２の液晶リターダのリタデーションをπ／２となるように、第１及び第２の電圧印加手段を調整した。
第２の撮像により、被測定光の＋４５ｄｅｇと−４５ｄｅｇの直線偏光成分が±１次回折光として空間的に分離され、受光素子アレイ上に結像し、Ｓ_２の空間分布が求められた。

最後に、第３の撮像を行った。
第３の撮像では、第１の液晶リターダのリタデーションをゼロ、及び第２の液晶リターダのリタデーションをゼロとなるように、第１及び第２の電圧印加手段を調整した。
第３の撮像により、入射光のＲＣＰ成分とＬＣＰ成分が偏光状態を保ったまま異方性回折格子に入射し、回折光強度の差分からＳ_３の空間分布が求められた。

第１の撮像から第３の撮像まで、３３３ミリ秒で撮影することができた。
第１の撮像〜第３の撮像までの結果を図４に示す。なお、図４中、左側から順に、（ａ）カメラ画像、（ｂ）該カメラ画像から復元したストークス分布Ｓ_１〜Ｓ_３を示す。なお、（ｃ）は、回転移相子法で測定したストークス分布Ｓ_１〜Ｓ_３を示す。また、図４中、上から順に、第１の撮像、第２の撮像及び第３の撮像を示す。
図４から、本実施例により、ストークスパラメータの空間分布の各要素を、１枚の撮像画像から復元できることが確認できた。従来法である回転移相子法と比較してもよく一致した結果が得られている。
また、従来の回転検光子法では少なくとも４枚の撮像を要するのに対して、本発明では、第１〜第３の撮像で足り、少ない画像取得で済むことがわかった。
さらに、応答速度ミリ秒での画像取得が可能であるため、高時間分解能での偏光空間分布の測定、具体的には撮像対象が動的であっても偏光空間分布の測定ができる。
また、従来の偏光子アレイを用いる方法、即ち空間分解能が４画素分に制約される方法と比較して、本発明は、カメラの１画素あたりの空間分解能を十分に活用できるという利点を有した。

Claims (19)

1. 撮像対象から順に、レンズ素子、第１の液晶リターダ、第２の液晶リターダ、光学異方性が周期的に変調された異方性回折格子素子、及び受光素子を配置してなる偏光撮像装置。
2. 前記第１の液晶リターダ及び前記第２の液晶リターダは、各々独立に、可変波長板として作用する請求項１に記載の装置。
3. 前記第１の液晶リターダの第１１のリタデーションをπ／２とし且つ前記第２の液晶リターダの第２１のリタデーションを０として結像される第１の撮像；
   前記第１の液晶リターダの第１２のリタデーションを０とし且つ前記第２の液晶リターダの第２２のリタデーションをπ／２として結像される第２の撮像；及び
   前記第１の液晶リターダの第１３のリタデーションを０とし且つ前記第２の液晶リターダの第２３のリタデーションを０として結像される第３の撮像；
   を得て、
   第１の撮像から第１のストークスパラメータＳ_１、
   第２の撮像から第２のストークスパラメータＳ_２、及び
   第３の撮像から第３のストークスパラメータＳ_３、をそれぞれ得て、偏光空間分布が測定される請求項１又は請求項２に記載の装置。
4. 前記第１の撮像、前記第２の撮像及び前記第３の撮像を１０００ミリ秒以下で撮像する請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記第１の撮像、前記第２の撮像及び前記第３の撮像を１０００ミリ秒以下で撮像し、動的撮像対象の偏光空間分布の測定が可能である請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記異方性回折格子素子が、互いに方向の異なる複数個の格子ベクトルを有する異方性回折格子を有し、前記格子ベクトルは少なくとも異方性方位又は複屈折が周期的に変調される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記異方性回折格子素子が、入射光のストークスパラメータの情報を、異方性方位および複屈折の分布に応じて空間的に分離し、強度情報へと変換する異方性回折格子を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記異方性回折格子素子が、（Ａ−１）光架橋、及び（Ａ−２）光異性化からなる群から選ばれる少なくとも１種の反応を生じる光反応性側鎖を有する光反応性高分子膜を有する異方性回折格子を含む請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記異方性回折格子素子が、前記光反応性高分子膜からなる異方性回折格子を含む請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記異方性回折格子素子が、
    Ｉ）第１の透明基体層；及び
    ＩＩ）（Ａ−１）光架橋、及び（Ａ−２）光異性化からなる群から選ばれる少なくとも１種の反応を生じる第１の光反応性側鎖を有する第１の光反応性高分子膜
    を有する異方性回折格子を含む請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記異方性回折格子素子が、
    ＩＩＩ）第２の透明基体層；及び
    ＩＶ）（Ａ−１）光架橋、及び（Ａ−２）光異性化からなる群から選ばれる少なくとも１種の反応を生じる第２の光反応性側鎖を有する第２の光反応性高分子膜；
    を有し、
    前記ＩＩ）第１の光反応性高分子膜と前記ＩＶ）第２の光反応性高分子膜とが対向するように配置し、前記ＩＩ）第１の膜及び前記ＩＶ）第２の膜の間に、（Ｂ）低分子液晶層が配置される異方性回折格子を含む請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 前記光反応性高分子膜に所望の偏光を干渉露光し、該高分子薄膜に任意の回折パターンを形成することで、該高分子薄膜に入射する光のストークスパラメータの情報を、該高分子薄膜に形成された異方性方位および複屈折の分布に応じて空間的に分離し、強度情報へと変換する異方性回折格子とする請求項８〜１０のいずれか一項に記載の装置。
13. 前記光反応性高分子膜が、下記式（１）〜（６）
    （式中、Ａ、Ｂ、Ｄはそれぞれ独立に、単結合、−Ｏ−、−ＣＨ_２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＮＨ−ＣＯ−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−、又は−Ｏ−ＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−を表す；
    Ｓは、炭素数１〜１２のアルキレン基であり、それらに結合する水素原子はハロゲン基に置き換えられていてもよい；
    Ｔは、単結合または炭素数１〜１２のアルキレン基であり、それらに結合する水素原子はハロゲン基に置き換えられていてもよい；
    Ｙ_１は、１価のベンゼン環、ナフタレン環、ビフェニル環、フラン環、ピロール環および炭素数５〜８の脂環式炭化水素から選ばれる環を表すか、それらの置換基から選ばれる同一又は相異なった２〜６の環が結合基Ｂを介して結合してなる基であり、それらに結合する水素原子はそれぞれ独立に−ＣＯＯＲ_０（式中、Ｒ_０は水素原子又は炭素数１〜５のアルキル基を表す）、−ＮＯ_２、−ＣＮ、−ＣＨ＝Ｃ（ＣＮ）_２、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＮ、ハロゲン基、炭素数１〜５のアルキル基、又は炭素数１〜５のアルキルオキシ基で置換されても良い；
    Ｙ_２は、２価のベンゼン環、ナフタレン環、ビフェニル環、フラン環、ピロール環、炭素数５〜８の脂環式炭化水素、および、それらの組み合わせからなる群から選ばれる基であり、それらに結合する水素原子はそれぞれ独立に−ＮＯ_２、−ＣＮ、−ＣＨ＝Ｃ（ＣＮ）_２、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＮ、ハロゲン基、炭素数１〜５のアルキル基、又は炭素数１〜５のアルキルオキシ基で置換されても良い；
    Ｒは、ヒドロキシ基、炭素数１〜６のアルコキシ基を表すか、又はＹ_１と同じ定義を表す；
    Ｘは、単結合、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｎ＝Ｎ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−、又は−Ｏ−ＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−を表し、Ｘの数が２となるときは、Ｘ同士は同一でも異なっていてもよい；
    Ｃｏｕは、クマリン−６−イル基またはクマリン−７−イル基を表し、それらに結合する水素原子はそれぞれ独立に−ＮＯ_２、−ＣＮ、−ＣＨ＝Ｃ（ＣＮ）_２、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＮ、ハロゲン基、炭素数１〜５のアルキル基、又は炭素数１〜５のアルキルオキシ基で置換されても良い；
    ｑ１とｑ２は、一方が１で他方が０である；
    ｑ３は０または１である；
    Ｐ及びＱは、各々独立に、２価のベンゼン環、ナフタレン環、ビフェニル環、フラン環、ピロール環、炭素数５〜８の脂環式炭化水素、および、それらの組み合わせからなる群から選ばれる基である；ただし、Ｘが−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−である場合、−ＣＨ＝ＣＨ−が結合する側のＰ又はＱは芳香環であり、Ｐの数が２以上となるときは、Ｐ同士は同一でも異なっていてもよく、Ｑの数が２以上となるときは、Ｑ同士は同一でも異なっていてもよい；
    ｌ１は０または１である；
    ｌ２は０〜２の整数である；
    ｌ１とｌ２がともに０であるときは、Ｔが単結合であるときはＡも単結合を表す；
    ｌ１が１であるときは、Ｔが単結合であるときはＢも単結合を表す；
    Ｈ及びＩは、各々独立に、２価のベンゼン環、ナフタレン環、ビフェニル環、フラン環、ピロール環、およびそれらの組み合わせから選ばれる基である。）
    からなる群から選ばれるいずれか１種の光反応性側鎖を有する光反応性高分子を有する請求項８〜１２のいずれか一項に記載の装置。
    

    
14. 前記光反応性高分子膜が、下記式（７）〜（１０）
    （式中、Ａ、Ｂ、Ｄはそれぞれ独立に、単結合、−Ｏ−、−ＣＨ_２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＮＨ−ＣＯ−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−、又は−Ｏ−ＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−を表す；
    Ｙ_１は、１価のベンゼン環、ナフタレン環、ビフェニル環、フラン環、ピロール環および炭素数５〜８の脂環式炭化水素から選ばれる環を表すか、それらの置換基から選ばれる同一又は相異なった２〜６の環が結合基Ｂを介して結合してなる基であり、それらに結合する水素原子はそれぞれ独立に−ＣＯＯＲ_０（式中、Ｒ_０は水素原子又は炭素数１〜５のアルキル基を表す）、−ＮＯ_２、−ＣＮ、−ＣＨ＝Ｃ（ＣＮ）_２、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＮ、ハロゲン基、炭素数１〜５のアルキル基、又は炭素数１〜５のアルキルオキシ基で置換されても良い；
    Ｘは、単結合、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｎ＝Ｎ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−、又は−Ｏ−ＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−を表し、Ｘの数が２となるときは、Ｘ同士は同一でも異なっていてもよい；
    ｌは１〜１２の整数を表す；
    ｍは、０〜２の整数を表し、ｍ１、ｍ２は１〜３の整数を表す；
    ｎは０〜１２の整数（ただしｎ＝０のときＢは単結合である）を表す；
    Ｙ_２は、２価のベンゼン環、ナフタレン環、ビフェニル環、フラン環、ピロール環、炭素数５〜８の脂環式炭化水素、および、それらの組み合わせからなる群から選ばれる基であり、それらに結合する水素原子はそれぞれ独立に−ＮＯ_２、−ＣＮ、−ＣＨ＝Ｃ（ＣＮ）_２、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＮ、ハロゲン基、炭素数１〜５のアルキル基、又は炭素数１〜５のアルキルオキシ基で置換されても良い；
    Ｒは、ヒドロキシ基、炭素数１〜６のアルコキシ基を表すか、又はＹ_１と同じ定義を表す）
    からなる群から選ばれるいずれか１種の光反応性側鎖を有する光反応性高分子を有する請求項８〜１２のいずれか一項に記載の装置。
    

    
15. 前記光反応性高分子膜が、下記式（１１）〜（１３）
    （式中、Ａは、それぞれ独立に、単結合、−Ｏ−、−ＣＨ_２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＮＨ−ＣＯ−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−、又は−Ｏ−ＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−を表す；
    Ｘは、単結合、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｎ＝Ｎ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−、又は−Ｏ−ＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−を表し、Ｘの数が２となるときは、Ｘ同士は同一でも異なっていてもよい；
    ｌは、１〜１２の整数を表し、ｍは０〜２の整数を表し、ｍ１は１〜３の整数を表す；
    Ｒは、１価のベンゼン環、ナフタレン環、ビフェニル環、フラン環、ピロール環および炭素数５〜８の脂環式炭化水素から選ばれる環を表すか、それらの置換基から選ばれる同一又は相異なった２〜６の環が結合基Ｂを介して結合してなる基であり、それらに結合する水素原子はそれぞれ独立に−ＣＯＯＲ_０（式中、Ｒ_０は水素原子又は炭素数１〜５のアルキル基を表す）、−ＮＯ_２、−ＣＮ、−ＣＨ＝Ｃ（ＣＮ）_２、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＮ、ハロゲン基、炭素数１〜５のアルキル基、又は炭素数１〜５のアルキルオキシ基で置換されても良いか、又はヒドロキシ基もしくは炭素数１〜６のアルコキシ基を表す）
    からなる群から選ばれるいずれか１種の光反応性側鎖を有する光反応性高分子を有する請求項８〜１２のいずれか一項に記載の装置。
    

    
16. 前記光反応性高分子膜が、下記式（１４）又は（１５）
    （式中、Ａはそれぞれ独立に、単結合、−Ｏ−、−ＣＨ_２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＮＨ−ＣＯ−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−、又は−Ｏ−ＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−を表す；
    Ｙ_１は、１価のベンゼン環、ナフタレン環、ビフェニル環、フラン環、ピロール環および炭素数５〜８の脂環式炭化水素から選ばれる環を表すか、それらの置換基から選ばれる同一又は相異なった２〜６の環が結合基Ｂを介して結合してなる基であり、それらに結合する水素原子はそれぞれ独立に−ＣＯＯＲ_０（式中、Ｒ_０は水素原子又は炭素数１〜５のアルキル基を表す）、−ＮＯ_２、−ＣＮ、−ＣＨ＝Ｃ（ＣＮ）_２、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＮ、ハロゲン基、炭素数１〜５のアルキル基、又は炭素数１〜５のアルキルオキシ基で置換されても良い；
    ｌは１〜１２の整数を表し、ｍ１、ｍ２は１〜３の整数を表す）
    で表される光反応性側鎖を有する光反応性高分子を有する請求項８〜１２のいずれか一項に記載の装置。
    

    
17. 前記光反応性高分子膜が、下記式（１６）又は（１７）（式中、Ａは単結合、−Ｏ−、−ＣＨ_２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＮＨ−ＣＯ−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−、又は−Ｏ−ＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−を表す；
    Ｘは、単結合、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｎ＝Ｎ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−、又は−Ｏ−ＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−を表し、Ｘの数が２となるときは、Ｘ同士は同一でも異なっていてもよい；
    ｌは、１〜１２の整数を表し、ｍは０〜２の整数を表す）
    で表される光反応性側鎖を有する光反応性高分子を有する請求項８〜１２のいずれか一項に記載の装置。
    

    
18. 前記光反応性高分子膜が、下記式（１８）又は（１９）
    （式中、Ａ、Ｂはそれぞれ独立に、単結合、−Ｏ−、−ＣＨ_２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＮＨ−ＣＯ−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−、又は−Ｏ−ＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−を表す；
    Ｙ_１は、１価のベンゼン環、ナフタレン環、ビフェニル環、フラン環、ピロール環および炭素数５〜８の脂環式炭化水素から選ばれる環を表すか、それらの置換基から選ばれる同一又は相異なった２〜６の環が結合基Ｂを介して結合してなる基であり、それらに結合する水素原子はそれぞれ独立に−ＣＯＯＲ_０（式中、Ｒ_０は水素原子又は炭素数１〜５のアルキル基を表す）、−ＮＯ_２、−ＣＮ、−ＣＨ＝Ｃ（ＣＮ）_２、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＮ、ハロゲン基、炭素数１〜５のアルキル基、又は炭素数１〜５のアルキルオキシ基で置換されても良い；
    ｑ１とｑ２は、一方が１で他方が０である；
    ｌは１〜１２の整数を表し、ｍ１、ｍ２は１〜３の整数を表す；
    Ｒ_１は、水素原子、−ＮＯ_２、−ＣＮ、−ＣＨ＝Ｃ（ＣＮ）_２、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＮ、ハロゲン基、炭素数１〜５のアルキル基、又は炭素数１〜５のアルキルオキシ基を表す）
    からなる群から選ばれるいずれか１種の感光性側鎖を有する光反応性高分子を有する請求項８〜１２のいずれか１項に記載の装置。
    

    
19. 前記光反応性高分子膜が、下記式（２０）
    （式中、Ａは、単結合、−Ｏ−、−ＣＨ_２−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＮＨ−ＣＯ−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−、又は−Ｏ−ＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−を表す；
    Ｙ_１は、１価のベンゼン環、ナフタレン環、ビフェニル環、フラン環、ピロール環および炭素数５〜８の脂環式炭化水素から選ばれる環を表すか、それらの置換基から選ばれる同一又は相異なった２〜６の環が結合基Ｂを介して結合してなる基であり、それらに結合する水素原子はそれぞれ独立に−ＣＯＯＲ_０（式中、Ｒ_０は水素原子又は炭素数１〜５のアルキル基を表す）、−ＮＯ_２、−ＣＮ、−ＣＨ＝Ｃ（ＣＮ）_２、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＮ、ハロゲン基、炭素数１〜５のアルキル基、又は炭素数１〜５のアルキルオキシ基で置換されても良い；
    Ｘは、単結合、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｎ＝Ｎ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−、又は−Ｏ−ＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−を表し、Ｘの数が２となるときは、Ｘ同士は同一でも異なっていてもよい；
    ｌは１〜１２の整数を表し、ｍは０〜２の整数を表す）で表される光反応性側鎖を有する光反応性高分子を有する請求項８〜１２のいずれか１項に記載の装置。
    

    

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