JP2022115444A - 制御装置および方法、並びに固体撮像素子および方法 - Google Patents

制御装置および方法、並びに固体撮像素子および方法 Download PDF

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Abstract

【課題】偏光分解能を向上させる。【解決手段】制御装置は、偏光フィルタを介して対象物に照射され、対象物を透過したか、または対象物で反射された光を受光して偏光画像を撮像する固体撮像素子を制御する制御装置であって、固体撮像素子が有する、第１の偏光方向の光を受光する第１の偏光画素と、第２の偏光方向の光を受光する第２の偏光画素とのそれぞれについて、偏光フィルタの偏光方向を示すフィルタ情報に基づいて、第１の偏光画素と第２の偏光画素のそれぞれの出力レベルに応じた設定を行う設定部と、設定に従って固体撮像素子を制御し、偏光画像を撮像させる駆動制御部とを備える。本技術は測定システムに適用することができる。【選択図】図１

Description

本技術は、制御装置および方法、並びに固体撮像素子および方法に関し、特に偏光分解能を向上させることができるようにした制御装置および方法、並びに固体撮像素子および方法に関する。
従来、偏光成分に対して感度を有する偏光画素が設けられた偏光センサが知られている。
偏光センサでは、例えば４つの異なる偏光成分のそれぞれに対して感度を有する偏光画素のそれぞれの出力値に基づいて、光源の偏光角が導出される。
また、例えば欠陥検査に関する技術として、微弱な電気信号を検出するために電子倍増型CCD（Charge Coupled Device）センサを使用することで電荷の蓄積時間を短くし、高い感度での高速センシングを実現するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６－２０１０４４号公報
しかしながら、上述した技術では、高い偏光分解能を得ることは困難であった。
具体的には偏光分解能の向上には、各偏光画素で得られる画素信号（出力値）のダイナミックレンジの向上、またはSN比（Signal to Noise ratio）の向上が重要となる。
ところが、偏光センサでは、ある特定の偏光成分の光が入射した場合、その偏光成分に感度を有する偏光画素（以下、透過軸画素とも称する）と、その偏光成分とは偏光方向が90度だけずれた偏光成分に感度を有する偏光画素（以下、反射軸画素とも称する）とでは、それらの偏光画素の出力は大きく異なる。
そのため、例えば各偏光画素における電荷の電圧信号への変換効率を透過軸画素への入射光量に合わせた変換効率とすると、反射軸画素の出力値は小さくなり、反射軸画素の画素信号（出力値）のSN比が低下してしまう。このようなSN比の低下は、全画素で電子増幅が行われる上述の特許文献１に記載の技術を用いた場合にも生じてしまう。
偏光センサでのSN比の低下が生じると実効的な消光比、すなわち透過軸感度と反射軸感度との比（透過軸感度／反射軸感度）が低下してしまい、偏光分解能が低下してしまう。
本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、偏光分解能を向上させることができるようにするものである。
本技術の第１の側面の制御装置は、偏光フィルタを介して対象物に照射され、前記対象物を透過したか、または前記対象物で反射された光を受光して偏光画像を撮像する固体撮像素子を制御する制御装置であって、前記固体撮像素子が有する、第１の偏光方向の光を受光する第１の偏光画素と、前記第１の偏光方向とは異なる第２の偏光方向の光を受光する第２の偏光画素とのそれぞれについて、前記偏光フィルタの偏光方向を示すフィルタ情報に基づいて、前記第１の偏光画素と前記第２の偏光画素のそれぞれの出力レベルに応じた設定を行う設定部と、前記設定に従って前記固体撮像素子を制御し、前記偏光画像を撮像させる駆動制御部とを備える。
本技術の第１の側面の制御方法は、偏光フィルタを介して対象物に照射され、前記対象物を透過したか、または前記対象物で反射された光を受光して偏光画像を撮像する固体撮像素子を制御する制御装置が、前記固体撮像素子が有する、第１の偏光方向の光を受光する第１の偏光画素と、前記第１の偏光方向とは異なる第２の偏光方向の光を受光する第２の偏光画素とのそれぞれについて、前記偏光フィルタの偏光方向を示すフィルタ情報に基づいて、前記第１の偏光画素と前記第２の偏光画素のそれぞれの出力レベルに応じた設定を行い、前記設定に従って前記固体撮像素子を制御し、前記偏光画像を撮像させるステップを含む。
本技術の第１の側面においては、偏光フィルタを介して対象物に照射され、前記対象物を透過したか、または前記対象物で反射された光を受光して偏光画像を撮像する固体撮像素子を制御する制御装置において、前記固体撮像素子が有する、第１の偏光方向の光を受光する第１の偏光画素と、前記第１の偏光方向とは異なる第２の偏光方向の光を受光する第２の偏光画素とのそれぞれについて、前記偏光フィルタの偏光方向を示すフィルタ情報に基づいて、前記第１の偏光画素と前記第２の偏光画素のそれぞれの出力レベルに応じた設定が行われ、前記設定に従って前記固体撮像素子が制御され、前記偏光画像が撮像される。
本技術の第２の側面の固体撮像素子は、偏光フィルタを介して対象物に照射され、前記対象物を透過したか、または前記対象物で反射された光を受光して偏光画像を撮像する固体撮像素子であって、第１の偏光方向の光を受光する第１の偏光画素、および前記第１の偏光方向とは異なる第２の偏光方向の光を受光する第２の偏光画素を有する画素アレイ部と、前記偏光フィルタの偏光方向を示すフィルタ情報に基づき前記第１の偏光画素と前記第２の偏光画素とのそれぞれについて行われた、前記第１の偏光画素と前記第２の偏光画素のそれぞれの出力レベルに応じた設定に基づく制御装置による制御に従って前記画素アレイ部を駆動させ、前記偏光画像を撮像させる駆動部とを備える。
本技術の第２の側面の撮像方法は、第１の偏光方向の光を受光する第１の偏光画素、および前記第１の偏光方向とは異なる第２の偏光方向の光を受光する第２の偏光画素を有する画素アレイ部を備え、偏光フィルタを介して対象物に照射され、前記対象物を透過したか、または前記対象物で反射された光を受光して偏光画像を撮像する固体撮像素子が、前記偏光フィルタの偏光方向を示すフィルタ情報に基づき前記第１の偏光画素と前記第２の偏光画素とのそれぞれについて行われた、前記第１の偏光画素と前記第２の偏光画素のそれぞれの出力レベルに応じた設定に基づく制御装置による制御に従って前記画素アレイ部を駆動させ、前記偏光画像を撮像させるステップを含む。
本技術の第２の側面においては、第１の偏光方向の光を受光する第１の偏光画素、および前記第１の偏光方向とは異なる第２の偏光方向の光を受光する第２の偏光画素を有する画素アレイ部を備え、偏光フィルタを介して対象物に照射され、前記対象物を透過したか、または前記対象物で反射された光を受光して偏光画像を撮像する固体撮像素子において、前記偏光フィルタの偏光方向を示すフィルタ情報に基づき前記第１の偏光画素と前記第２の偏光画素とのそれぞれについて行われた、前記第１の偏光画素と前記第２の偏光画素のそれぞれの出力レベルに応じた設定に基づく制御装置による制御に従って前記画素アレイ部が駆動され、前記偏光画像が撮像される。
測定システムの構成例を示す図である。 偏光画素の偏光方向について説明する図である。 偏光画素の出力値について説明する図である。 ヒストグラムの例を示す図である。 偏光センサの構成例を示す図である。 偏光センサの回路構成例を示す図である。 偏光画素の構成例を示す図である。 偏光画素部分の断面を示す図である。 偏光画素の画素回路部分の構成例を示す図である。 偏光画素ごとの変換効率の設定について説明する図である。 偏光画素ごとの変換効率の設定について説明する図である。 偏光画素ごとの変換効率の設定について説明する図である。 制御線の配線例を示す図である。 偏光センサの他の構成例を示す図である。 測定処理および撮像処理を説明するフローチャートである。
以下、図面を参照して、本技術を適用した実施の形態について説明する。
〈第１の実施の形態〉
〈測定システムの構成例〉
本技術は、偏光センサ単体だけを考慮するのではなく、光源に関する情報、すなわち光源と偏光センサとの間に設けられた偏光フィルタの偏光角を示すフィルタ角度情報を適宜、フィードバックすることで、偏光分解能を向上させるものである。
特に本技術では、フィルタ角度情報に基づいて、互いに受光する光の偏光方向が異なる複数の各偏光画素の出力レベルに応じた設定を行うことで、偏光分解能を向上させることができるようにした。ここでいう設定とは、各偏光画素における電荷の電圧信号（電気信号）への変換効率や露光時間などである。
例えば偏光センサの偏光画素ごと、より詳細には偏光子（偏光素子）ごとに変換効率を適切に変化させることで、透過軸画素や反射軸画素、透過軸画素に対して透過軸が45度だけ傾いた半透過軸画素においてSN比を向上させることができるようにした。これにより、偏光分解能を向上させることができる。
図１は、本技術を適用した測定システムの一実施の形態の構成例を示す図である。
図１に示す測定システムは、光源１１、偏光フィルタ１２、偏光センサ１３、偏光フィルタ制御装置１４、および偏光センサ制御装置１５を有している。
この測定システムは、測定対象物１６の偏光に関する特性を測定するためのものである。
測定システムでは、特定の偏光成分、すなわち所定の直線偏光の成分を主な成分として有する光が測定対象物１６に照射され、その測定対象物１６からの光が偏光センサ１３で受光され、偏光画像が撮像される。
そして、偏光センサ制御装置１５において、偏光センサ１３で得られた偏光画像に基づいて、測定対象物１６の偏光に関する特性、すなわち測定対象物１６からの測定光の偏光状態を示す偏光情報が求められる。例えば偏光情報は、測定対象物１６からの光の偏光方向と偏光度を示す情報などとされる。
光源１１は、例えば無偏光などの任意の偏光状態の光（以下、測定光とも称する）を測定対象物１６に向けて出力する。
光源１１から出力された測定光は、偏光フィルタ１２を介して測定対象物１６へと照射される。このとき、偏光フィルタ１２は、入射した測定光における自身の透過軸と同じ偏光方向の成分を通過させるため、測定対象物１６には、偏光フィルタ１２の透過軸と同じ方向の偏光成分を主な成分として有する光が照射される。したがって、光源１１および偏光フィルタ１２から偏光光源が実現されていることになる。
また、偏光フィルタ１２から測定対象物１６に入射した測定光は、測定対象物１６で反射するか、または測定対象物１６を透過し、測定対象物１６の特性や形状などに応じた特定の偏光状態、すなわち特定の偏光方向の光となって偏光センサ１３に入射する。
偏光センサ１３は、所定の偏光成分に対して感度を有する偏光画素からなる固体撮像素子（偏光イメージセンサ）であり、偏光センサ制御装置１５の制御に従って駆動する。
例えば偏光センサ１３は、測定対象物１６から入射した測定光を受光することで偏光画像を撮像し、得られた偏光画像を偏光センサ制御装置１５に供給する。
偏光フィルタ制御装置１４は、図示せぬ制御用モータ等を駆動させることで、偏光フィルタ１２を回転させ、偏光フィルタ１２の偏光方向、すなわち透過軸の方向（向き）を調整する。また、偏光フィルタ制御装置１４は、偏光フィルタ１２の偏光方向（透過軸の方向）を示すフィルタ角度情報を偏光センサ制御装置１５に供給（フィードバック）する。
偏光センサ制御装置１５は、偏光フィルタ制御装置１４から供給されたフィルタ角度情報に基づいて偏光センサ１３の動作（駆動）を制御したり、偏光センサ１３から供給された偏光画像、すなわち各偏光画素の出力信号である画素信号に基づいて偏光情報を算出したりする。
偏光センサ制御装置１５は設定部３１、駆動制御部３２、および偏光情報算出部３３を有している。
設定部３１は、偏光フィルタ制御装置１４から供給されたフィルタ角度情報に基づいて、偏光センサ１３の各偏光画素について、それらの偏光画素の出力レベルに応じた設定を行う。
設定部３１で行われる設定は、偏光センサ１３を用いて測定対象物１６の偏光に関する測定、つまり偏光情報の算出を行うときに偏光分解能を向上させるための設定であって、具体的には各偏光画素における変換効率や露光時間の設定である。
ここでいう偏光画素の変換効率とは、偏光画素が入射した測定光を光電変換することで得られる電荷を、その電荷に応じた電圧信号（電気信号）、すなわち画素信号に変換するときの変換効率である。以下では、このような電荷の電圧信号への変換効率を、単に偏光画素の変換効率とも称することとする。
駆動制御部３２は、設定部３１で行われた設定に従って偏光センサ１３の駆動を制御し、偏光センサ１３に偏光画像を撮像させる。偏光情報算出部３３は、偏光センサ１３から供給された偏光画像に基づいて偏光情報を算出する。
また、偏光センサ１３には、例えば図２に示すように４種類の偏光画素６１－１乃至偏光画素６１－４が設けられている。
この例では、偏光画素６１－１乃至偏光画素６１－４は、互いに異なる偏光成分に対して感度を有する画素、つまり互いに異なる偏光方向の光を受光する画素となっている。
なお、以下、偏光画素６１－１乃至偏光画素６１－４を特に区別する必要のない場合、単に偏光画素６１とも称することとする。
各偏光画素６１の上層には、例えばワイヤグリッド偏光子（WGP（Wire Grid Polarizer））が設けられており、偏光画素６１は、そのWGPに対応する偏光成分、すなわちWGPの透過軸と同じ偏光方向の光（偏光方向がWGPの透過軸の方向と同じ光）に対して感度を有している。
例えば偏光画素６１－１は、偏光方向が図中、左右方向である光を透過させるWGP（以下、WGP000とも称する）を有しており、偏光画素６１－１の光電変換部には、測定対象物１６からの測定光のうち、WGP000を通過した偏光成分の光が入射することになる。換言すれば、偏光画素６１－１は、偏光方向がWGP000のグリッド線方向と垂直な方向である光に対して感度をもつ画素である。
偏光画素６１－２は、偏光方向が図中、左斜め45度の方向である光を透過させるWGP（以下、WGP045とも称する）を有しており、偏光画素６１－２の光電変換部には、測定対象物１６からの測定光のうち、WGP045を通過した偏光成分の光が入射する。
すなわち、WGP045の透過軸の方向は、WGP000の透過軸を図中、時計回りに135度だけ傾けた（回転させた）方向となっている。
偏光画素６１－３は、偏光方向が図中、右斜め45度の方向である光を透過させるWGP（以下、WGP135とも称する）を有しており、偏光画素６１－３の光電変換部には、測定対象物１６からの測定光のうち、WGP135を通過した偏光成分の光が入射する。
すなわち、WGP135の透過軸の方向は、WGP000の透過軸を図中、時計回りに45度だけ傾けた方向となっている。
偏光画素６１－４は、偏光方向が図中、上下方向である光を透過させるWGP（以下、WGP090とも称する）を有しており、偏光画素６１－４の光電変換部には、測定対象物１６からの測定光のうち、WGP090を通過した偏光成分の光が入射する。
すなわち、WGP090の透過軸の方向は、WGP000の透過軸を図中、時計回りに90度だけ傾けた方向、換言すればWGP000の反射軸と同じ方向となっている。
偏光センサ１３では、例えば図２に示すように互いに異なる偏光方向に感度を有する４つの偏光画素６１が隣接して設けられる２×２画素の配列パターンが水平方向（行方向）および垂直方向（列方向）に複数並べられて設けられている。
なお、以下においては、WGPとしてWGP000、WGP045、WGP135、およびWGP090のそれぞれを有する偏光画素６１のことも、単にWGP000、WGP045、WGP135、およびWGP090とも称することとする。
その他、以下においては、各偏光画素６１のうち、透過軸の方向が偏光フィルタ１２の透過軸の方向と同じである偏光画素６１を、特に透過軸画素や透過軸対応画素とも称することとする。
より詳細には、入射した測定光の偏光方向と同じ方向の透過軸を有する偏光画素６１が透過軸画素である。しかし、ここでは測定光の偏光方向と、偏光フィルタ１２の透過軸の方向との差は小さいことから、偏光フィルタ１２と透過軸の方向が同じである偏光画素６１を、適宜、透過軸画素とも称することとする。例えば測定対象物１６が配置されていない状態では、透過軸画素に入射した測定光はWGPを通過（透過）するので、透過軸画素の出力は大きくなる。
以下、透過軸の方向が偏光フィルタ１２の透過軸の方向と垂直な方向、つまり透過軸の方向が偏光フィルタ１２の反射軸の方向である偏光画素６１を、特に反射軸画素や反射軸対応画素とも称することとする。測定対象物１６が配置されていない状態では、反射軸画素に入射した測定光はWGPで反射または吸収されるので、反射軸画素の出力は小さくなる。
また、以下、透過軸の方向が偏光フィルタ１２の透過軸に対して45度だけ傾いた方向である偏光画素６１を、特に半透過軸画素や半透過軸対応画素とも称することとする。測定対象物１６が配置されていない状態では、半透過軸画素の出力は、透過軸画素の出力と反射軸画素の出力との間の大きさとなる。
さらに、以下においては、偏光センサ１３には、互いに異なる４つの偏光方向のうちの何れか１つの偏光方向の光を受光する偏光画素６１、つまりWGP000、WGP045、WGP135、およびWGP090が設けられる例について説明する。
しかし、これに限らず、偏光画素６１には、互いに異なる３以上の偏光方向のうちの何れか１つの偏光方向の光を受光する偏光画素６１、つまり互いに異なる３以上の偏光方向の光のそれぞれを受光する偏光画素６１のそれぞれが設けられていればよい。
〈本技術について〉
ところで、外部から入射し、偏光画素６１のWGPを通過した光（入射光）の強度である入射光強度Ipolは、次式（１）で表すことができる。
Figure 2022115444000002
なお、式（１）においてθpolはWGPの偏光方向、つまり透過軸の方向を示す角度（偏光角）を示しており、φは入射光の偏光方向（偏光角）を示している。
また、式（１）においてImaxおよびIminは、入射光強度Ipolとしてとり得る値の最大値および最小値を示している。
したがって、例えば偏光方向θpolと偏光角φの差分（θpol-φ）が0である場合、つまりWGPの透過軸の方向と、入射光の偏光方向とが同じである場合には、入射光強度Ipol＝Imaxとなる。逆に、例えば差分（θpol-φ）が90度（π/2）である場合には入射光強度Ipol＝Iminとなる。
このような式（１）から、WGP000、WGP045、WGP135、およびWGP090の各画素信号（出力値）に基づいて、測定対象物１６の偏光情報、すなわち偏光角φおよび偏光度ρ（ρ＝(Imax-Imin)/(Imax+Imin)）を導出することが可能である。
なお、厳密には入射光強度Ipolにおける未知の変数は、最大値Imax、最小値Imin、および偏光角φの３つであるので、少なくとも３つの異なる偏光方向θpolの偏光画素６１の出力値があれば、それらの変数（解）を得ることができる。
しかし、WGP000、WGP045、WGP135、およびWGP090の各出力値、つまり４つの出力値（画素値）を用いて最大値Imax、最小値Imin、および偏光角φを求めるようにすれば、それらの変数算出時の誤差を低減させることが可能である。
精度よく偏光角φ（偏光方向）や偏光度ρを導出（算出）するには、各偏光画素６１の出力（画素値）を精度よく取得する必要がある。
しかしながら、偏光光源を用いる場合、特に偏光画素６１について出力に応じた設定を行わない場合には、偏光画素６１としてのWGP000、WGP045、WGP135、WGP090のうちの何れかの出力が大きく、何れかの出力は小さくなってしまう。
例えば図１の測定システムで、所定の測定対象物１６に対して測定光を照射し、偏光センサ１３で測定対象物１６からの測定光を受光した場合に、図３に示すような偏光画素６１の出力値が得られたとする。
図３において横軸は偏光画素６１に設けられたWGPの偏光方向θpolを示しており、縦軸は各偏光方向θpolのWGPを有する偏光画素６１の出力値、すなわち偏光画素６１の光電変換部が受光する光の入射光強度Ipolを示している。
図３では、曲線L11は理想的な各偏光方向θpolの偏光画素６１の出力値を示しており、曲線L12はノイズが含まれた各偏光方向θpolの偏光画素６１の出力値を示している。
なお、実際には、偏光センサ１３には４種類の偏光方向θpolの偏光画素６１しか設けられていないので、それらの４種類の偏光画素６１の出力値（画素値）に基づいて、サインカーブへのフィッティングにより曲線L11や曲線L12が求められる。また、ここでは各偏光画素６１における変換効率は、偏光方向θpolによらず、同じ変換効率とされているものとする。
この例では、各偏光画素６１の出力値のうちの矢印A11に示す分の出力、すなわち最小値Iminの分の出力は、無偏光成分による出力となっている。
各偏光画素６１には、入射光として測定対象物１６からの測定光が入射するが、測定光には、偏光フィルタ１２の透過軸の方向に対応する偏光成分だけでなく無偏光成分も含まれているため、その無偏光成分に対応する出力が出力値の一部となっている。
また、偏光画素６１の出力値のうちの矢印A12に示す（最大値Imax-最小値Imin）の分の出力は、測定光における偏光フィルタ１２の透過軸の方向に対応する偏光成分による出力となっている。
偏光センサ１３では、曲線L11上における、点P11に示すWGP000の出力値、点P12に示すWGP045の出力値、点P13に示すWGP090の出力値、および点P14に示すWGP135の出力値が得られるので、それらの出力値から偏光角φが求められる。例えば、各偏光画素６１の出力値から求まるサインカーブのピークとなる位置の角度（偏光方向θpol）が偏光角φとして求められる。
しかしながら、偏光センサ１３では入射光の受光から出力値（画素信号）を得るまでの間でノイズが発生するため、そのノイズによって各偏光画素６１の出力値が変化し、その結果、求められる偏光角φにも実際の値（真値）とのずれが生じる。
この例では曲線L11と曲線L12とから、出力値が比較的低い、つまり低出力であるWGP000の出力値とWGP045の出力値とがノイズの影響により、本来得られるべき出力値よりも大きくなっていることが分かる。逆に、出力値が比較的高い、つまり高出力であるWGP090の出力値とWGP135の出力値は、本来得られるべき出力値よりも小さくなっていることが分かる。
その結果、各偏光画素６１の実際の出力値から求まる偏光角φにも、ノイズの影響によりΔφだけずれが生じてしまう。
このように低出力となる偏光画素６１と高出力となる偏光画素６１とで同じ変換効率で出力値を求めると、どちらかの偏光画素６１でSN比が低下し、結果として偏光角φ（偏光方向）の角度精度に影響が生じる。
そこで、本技術では、例えば偏光画素６１ごと、つまりWGPの偏光方向ごとに適切な変換効率で電荷を電圧信号に変換し、出力値（画素信号）のSN比を向上させるようにした。これにより、より高精度に、つまりより正確に偏光角φ（偏光方向）や偏光度ρを導出することができ、偏光分解能を向上させることができる。
図１に示した本技術の測定システムでは、例えば偏光画素６１ごとに適切な変換効率で出力値を求めることでノイズを抑制し、出力値のSN比を向上させることができる。
すなわち、偏光センサ制御装置１５の設定部３１は、例えば偏光画素６１ごとに変換効率の切り替えを行う。このとき、設定部３１は、光源１１からの測定光の偏光に関する情報、より詳細には偏光フィルタ１２のフィルタ角度情報が必要となる場合には、偏光フィルタ制御装置１４からフィルタ角度情報を取得し、変換効率の設定（選択）に利用する。
測定システムでは、測定対象物１６の偏光情報の測定にあたり、まずは測定対象物１６が配置されていない状態で光源１１から測定光を出力し、光源１１から偏光フィルタ１２を介して入射してくる測定光を偏光センサ１３で受光する。つまり、測定対象物１６がない状態で偏光センサ１３により偏光画像が撮像（取得）される。
そして、偏光画像が用いられて、偏光フィルタ１２のフィルタ角度（偏光角）と、偏光センサ制御装置１５が認知するフィルタ角度、つまりフィルタ角度情報により示される偏光角とのずれが補正される。
測定システムでは、偏光フィルタ１２のフィルタ角度は偏光画素６１のWGPの偏光方向（透過軸や反射軸の方向）を基準として決定される。そのため、各偏光画素６１の出力値とフィルタ角度情報とに基づいて、偏光フィルタ１２のフィルタ角度（偏光角）が調整される。
具体的には、偏光フィルタ制御装置１４は、少しずつ偏光フィルタ１２を回転させ、各タイミングでの偏光フィルタ１２のフィルタ角度情報を偏光センサ制御装置１５に供給する。また、偏光センサ１３は、各タイミングで偏光画像を撮像し、偏光センサ制御装置１５に供給する。
偏光センサ制御装置１５の設定部３１は、各タイミングでのフィルタ角度情報により示されるフィルタ角度（偏光角）について、偏光画素６１の出力値のヒストグラムを生成する。このとき、例えばWGPの偏光方向ごとに偏光画素６１の出力値が、画角中央の任意の領域の画素数で平均され、ヒストグラムが生成される。
例えばヒストグラムの横軸（ビン）は偏光画素６１の出力値、つまり偏光画像の画素の画素値とされ、ヒストグラムの縦軸（ビンの度数）は、対応する横軸の出力値が得られた偏光画素６１の数、すなわち偏光画像の画素の数とされる。
これにより、フィルタ角度情報により示される所定の偏光角について、例えば図４に示すヒストグラムが得られる。
この例では、４つの各種類のWGPのそれぞれを有する偏光画素６１のそれぞれの出力値の分布を示すヒストグラムが得られている。
特に、曲線L31は反射軸画素となる偏光画素６１の出力値（画素値）の分布を示しており、曲線L32および曲線L33のそれぞれは半透過軸画素となる偏光画素６１のそれぞれの出力値の分布を示している。また、曲線L34は透過軸画素となる偏光画素６１の出力値の分布を示している。
例えば、ある偏光方向の偏光画素６１が透過軸画素となるとき、その偏光画素６１に対して透過軸が±45度だけずれている（傾いている）、２種類の各WGPの偏光画素６１の出力値の分布（ヒストグラム）は略同じとなる。
この例では、曲線L32に示される偏光画素６１の出力値の分布と、曲線L33に示される偏光画素６１の出力値の分布とが略重なっており、曲線L32に対応する偏光画素６１と、曲線L33に対応する偏光画素６１とが半透過軸画素となっていることが分かる。また、曲線L31に対応する偏光画素６１が反射軸画素となっており、曲線L34に対応する偏光画素６１が透過軸画素となっていることが分かる。
したがって、設定部３１は、図４に示したヒストグラムの生成に用いられた偏光画像を撮像したときの偏光フィルタ１２のフィルタ角度（偏光角）をゼロ点、すなわちフィルタ角度（偏光角）が0度となる偏光フィルタ１２の方向とする。
設定部３１は、このようにしてゼロ点を決定すると、その決定結果を偏光フィルタ制御装置１４に供給する。偏光フィルタ制御装置１４は、以降においては偏光センサ制御装置１５から供給されたゼロ点の決定結果に基づいて、偏光フィルタ１２のフィルタ角度情報を出力する。すなわち、ゼロ点であるとされたときの偏光フィルタ１２のフィルタ角度が0度となるようにフィルタ角度情報が生成される。これにより、偏光フィルタ制御装置１４と偏光センサ制御装置１５とで認識される偏光フィルタ１２のフィルタ角度（偏光角）が一致することになる。
なお、偏光フィルタ１２のフィルタ角度のゼロ点の決定方法は、以上において説明した方法に限らず、他のどのような方法であってもよい。
具体的な例として、設定部３１が例えばWGP090などのある特定の偏光方向の偏光画素６１の出力値のみを用いて、横軸を出力値とし、縦軸を対応する横軸の出力値が得られた偏光画素６１の数とするヒストグラムを生成し、ゼロ点を決定してもよい。
この場合、設定部３１は偏光フィルタ１２のフィルタ角度（偏光角）ごとにヒストグラムを生成し、それらのヒストグラムのうち、出力平均値、すなわち例えば偏光画素６１の出力値の平均値が最大となるときの偏光フィルタ１２のフィルタ角度をゼロ点とする。
以上の処理がフィルタ角度情報のキャリブレーション処理として行われると、測定時には、設定部３１は、偏光フィルタ制御装置１４から供給されたフィルタ角度情報に基づいて、偏光センサ１３の各偏光画素６１についての設定を行う。
〈偏光センサの構成例〉
例えば偏光センサ１３が、偏光画素６１内で出力値（画素信号）のAD（Analog to Digital）変換を行う画素AD変換方式の偏光イメージセンサである場合、設定部３１は、偏光画素６１ごとに変換効率を設定することが可能である。
偏光センサ１３が画素AD変換方式の偏光イメージセンサである場合、偏光センサ１３は、例えば図５に示すように構成される。
図５に示す偏光センサ１３は、シリコン等を用いた半導体基板９１を有している。
半導体基板９１には画素アレイ部１０１、画素駆動回路１０２、DAC（Digital Analog Converter）１０３、時刻コード発生部１０４－１乃至時刻コード発生部１０４－３、垂直駆動回路１０５、出力部１０６、およびタイミング生成回路１０７が形成されている。
画素アレイ部１０１には、図中、横方向（行方向）および縦方向（列方向）に、すなわち２次元アレイ状に配列された複数の偏光画素６１が形成されている。
また、画素アレイ部１０１には、時刻コード発生部１０４－１乃至時刻コード発生部１０４－３で生成された時刻コードを各偏光画素６１に転送する時刻コード転送部１１１－１乃至時刻コード転送部１１１－３も設けられている。時刻コードは、偏光画素６１で得られるアナログの画素信号をデジタルの信号に変換（AD変換）するときに用いられる、時刻を示す信号である。
なお、以下、時刻コード発生部１０４－１乃至時刻コード発生部１０４－３を特に区別する必要のない場合、単に時刻コード発生部１０４とも称することとする。また、以下、時刻コード転送部１１１－１乃至時刻コード転送部１１１－３を特に区別する必要のない場合、単に時刻コード転送部１１１とも称することとする。
画素駆動回路１０２は、偏光センサ制御装置１５の制御等に従って画素アレイ部１０１、すなわち各偏光画素６１を駆動させる。ここでは図示は省略されているが、画素駆動回路１０２と各偏光画素６１内の各部とは制御線により接続されており、画素駆動回路１０２は制御線により偏光画素６１の駆動を制御する。
DAC１０３は、時間とともにレベル（電圧）が単調減少するスロープ信号である参照信号REFを生成し、各偏光画素６１に供給する。
時刻コード発生部１０４－１乃至時刻コード発生部１０４－３は、画素信号のAD変換のための時刻コードを生成し、時刻コード転送部１１１－１乃至時刻コード転送部１１１－３に供給する。
垂直駆動回路１０５は、タイミング生成回路１０７から供給されるタイミング信号に基づいて、各偏光画素６１で生成されたデジタルの画素信号を、所定の順番で出力部１０６に出力させる制御を行う。
出力部１０６は、各偏光画素６１から供給された画素信号からなる偏光画像に対して、黒レベルを補正する黒レベル補正処理などの所定の信号処理を必要に応じて行い、信号処理後の偏光画像（各偏光画素６１の画素信号）を偏光センサ制御装置１５に出力する。
タイミング生成回路１０７は、タイミングジェネレータなどからなり、各部でのタイミング制御のためのタイミング信号を生成して画素駆動回路１０２、DAC１０３、垂直駆動回路１０５等に供給する。
〈偏光センサの回路構成例〉
また、画素AD変換方式の偏光センサ１３では、例えば図６に示すように、各偏光画素６１には光電変換によりアナログの画素信号SIGを得るための画素回路１４１と、画素信号SIGに対するAD変換を行うADC（Analog Digital Converter）１４２とが設けられている。なお、図６において図５における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
図６に示す例では、ADC１４２は、比較回路１５１およびデータ記憶部１５２を有している。
また、比較回路１５１には、差動入力回路１６１、電圧変換回路１６２、および正帰還回路１６３が設けられており、データ記憶部１５２にはラッチ制御回路１７１およびラッチ記憶部１７２が設けられている。
画素回路１４１は、入射した測定光を受光して光電変換することでアナログの画素信号SIGを生成し、差動入力回路１６１に供給する。
差動入力回路１６１は、画素回路１４１から供給された画素信号SIGと、DAC１０３から供給された参照信号REFとを比較し、画素信号SIGが参照信号REFよりも大きい場合に所定の信号を出力する。
電圧変換回路１６２は、差動入力回路１６１から入力される信号を、正帰還回路１６３が動作可能な低電圧の信号に変換して正帰還回路１６３に供給する。正帰還回路１６３は、電圧変換回路１６２から供給された信号に基づいて、画素信号SIGが参照信号REFよりも大きいときに反転する比較結果信号をラッチ制御回路１７１に出力する。
ラッチ制御回路１７１には、書き込み動作であることを表すWR信号、読み出し動作であることを表すRD信号、および画素信号の読み出し動作中における画素信号の読み出しタイミングを制御するWORD信号が、垂直駆動回路１０５から供給される。また、ラッチ制御回路１７１には、時刻コード転送部１１１を介して時刻コード発生部１０４で生成された時刻コードも供給される。
ラッチ制御回路１７１は、WR信号が供給される書き込み動作時には、正帰還回路１６３から供給される比較結果信号がH（High）レベルである間、時刻コード転送部１１１から供給される、単位時間ごとに更新される時刻コードをラッチ記憶部１７２に記憶させる。
そして、ラッチ制御回路１７１は、参照信号REFと画素信号SIGが同一（の電圧）になり、比較結果信号がL（Low）レベルに反転したとき、時刻コードのラッチ記憶部１７２への書き込み（更新）を停止する。
これにより、ラッチ記憶部１７２では、最後にラッチ制御回路１７１から供給された時刻コードが保持（記憶）された状態となる。ラッチ記憶部１７２に記憶された時刻コードは、画素信号SIGと参照信号REFが等しくなった時刻であり、デジタル化された画素信号の値（偏光画素６１の出力値）を示している。
例えば画素アレイ部１０１内の全ての偏光画素６１のラッチ記憶部１７２に時刻コードが記憶されると、ラッチ制御回路１７１にはRD信号が供給され、書き込み動作から読み出し動作へと移行する。
するとラッチ制御回路１７１は、垂直駆動回路１０５から供給されるWORD信号に基づいて、偏光画素６１の読み出しタイミングとなったときに、ラッチ記憶部１７２に記憶されている時刻コード、つまりデジタルの画素信号を時刻コード転送部１１１に出力する。
時刻コード転送部１１１は、各偏光画素６１のラッチ制御回路１７１から供給された画素信号を列方向（垂直方向）に順次転送し、出力部１０６に供給する。
また、偏光画素６１、より詳細には偏光画素６１の画素回路１４１には、例えば図７に示すように変換効率を切り替える（変更する）ためのトランジスタ等が設けられている。
図７は、半導体基板９１と垂直な方向から偏光画素６１を見た図を示している。
この例では、偏光画素６１は、PD（フォトダイオード）２０１、転送トランジスタ２０２、FD（フローティングディフュージョン）２０３、リセットトランジスタ２０４乃至リセットトランジスタ２０６、増幅トランジスタ２０７、および選択トランジスタ２０８を有している。
偏光画素６１では、PD２０１において、入射した測定光に対する光電変換が行われ、その結果得られた、測定光の入射光量に応じた電荷が転送トランジスタ２０２を介してFD２０３へと転送され、蓄積される。
また、選択トランジスタ２０８がオンされると、FD２０３に蓄積された電荷、すなわちFD２０３の電位に応じた画素信号SIGが増幅トランジスタ２０７および選択トランジスタ２０８を介して差動入力回路１６１へと供給される。
なお、増幅トランジスタ２０７および選択トランジスタ２０８は、差動入力回路１６１と共有された構成とされてもよく、偏光画素６１に選択トランジスタ２０８が設けられていない構成とされてもよい。
リセットトランジスタ２０４乃至リセットトランジスタ２０６は、FD２０３に蓄積された電荷を外部に排出し、FD２０３の電位をリセットするために設けられているだけでなく、偏光画素６１の変換効率の切り替えにも用いられる。
例えばリセットトランジスタ２０４乃至リセットトランジスタ２０６のそれぞれは、図示せぬ制御線のそれぞれによって画素駆動回路１０２と接続されており、画素駆動回路１０２の制御に従って個別にオンまたはオフする。
さらに、偏光画素６１、より詳細には偏光画素６１の画素回路１４１部分を半導体基板９１と平行な方向から見ると、例えば図８に示すようになる。すなわち、図８は、図７に示した偏光画素６１を図７中、左側から右方向に見たときの断面図となっている。
なお、図８において図５または図７における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。また、図８では、図を見やすくするため、１つの偏光画素６１についてのみ符号が付されている。
図８は、半導体基板９１における画素アレイ部１０１の一部分の断面を表しており、各偏光画素６１では、半導体基板９１内にPD２０１やFD２０３、リセットトランジスタ２０４などが形成されているとともに、半導体基板９１上にオンチップレンズ２３１および偏光子２３２が形成されている。
すなわち、半導体基板９１の図中、上側の面に偏光画素６１ごとに偏光子２３２が形成されており、さらにその偏光子２３２の図中、上側の面に偏光画素６１ごとにオンチップレンズ２３１が形成されている。特に、この例では偏光子２３２の部分には、偏光子２３２（WGP）の偏光方向（透過軸の方向）を示す文字「WGP000」、「WGP045」、「WGP135」、または「WGP090」が記されている。
このような偏光画素６１では、測定対象物１６からの測定光がオンチップレンズ２３１により集光され、偏光子２３２を介してPD２０１へと入射する。
また、各偏光画素６１では、リセットトランジスタ２０４が制御線２３３により画素駆動回路１０２と接続されており、リセットトランジスタ２０４は、画素駆動回路１０２の制御に従ってオンまたはオフする。
リセットトランジスタ２０４と同様に、リセットトランジスタ２０５およびリセットトランジスタ２０６も図示せぬ制御線により画素駆動回路１０２と接続されている。
画素駆動回路１０２は、偏光画素６１ごとに、リセットトランジスタ２０４乃至リセットトランジスタ２０６を個別にオン、オフさせることが可能である。
偏光画素６１における画素回路１４１部分のより詳細な回路構成は、例えば図９に示すようになっている。なお、図９において図７における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
図９に示す例では、偏光画素６１には図７に示したPD２０１乃至選択トランジスタ２０８に加えて、適宜、FD２０３と接続され、PD２０１から転送された電荷を蓄積するFD２６１およびFD２６２が設けられている。
図９では、PD２０１とFD２０３とが転送トランジスタ２０２により接続されている。画素駆動回路１０２から転送トランジスタ２０２へと転送信号TRGが供給されると、転送トランジスタ２０２がオン状態となり、PD２０１で光電変換により生成された電荷が転送トランジスタ２０２を介してFD２０３へと転送される。
また、FD２０３には増幅トランジスタ２０７のゲートが接続されており、増幅トランジスタ２０７はFD２０３の電位に応じた画素信号を、選択トランジスタ２０８を介して差動入力回路１６１に出力する。特に、選択トランジスタ２０８は、画素駆動回路１０２から選択信号SELが供給されるとオン状態となるので、選択トランジスタ２０８がオン状態のときに差動入力回路１６１へと画素信号が供給される。
FD２０３には、リセットトランジスタ２０４を介してFD２６１が接続されており、さらにFD２６１にはリセットトランジスタ２０５を介してFD２６２が接続されている。FD２６２は、リセットトランジスタ２０６を介して定電圧源に接続されている。
リセットトランジスタ２０４乃至リセットトランジスタ２０６は、画素駆動回路１０２からリセット信号RST1乃至リセット信号RST3が供給されるとオン状態となる。
したがって、例えばリセットトランジスタ２０４乃至リセットトランジスタ２０６が同時にオン状態となっているときには、FD２０３、FD２６１、およびFD２６２が定電圧源に接続された状態となり、それらのFDに蓄積された電荷が定電圧源に排出される。すなわち、FD２０３、FD２６１、およびFD２６２の電位がリセットされる。
また、例えばリセットトランジスタ２０４がオンされ、リセットトランジスタ２０５がオフされている状態では、FD２０３とFD２６１が電気的に接続されている状態となり、電荷蓄積容量がFD２６１の分だけ増加する。
そうするとFD２０３のみに電荷が蓄積される場合と比較して、電気的に接続されたFD２０３とFD２６１の電位を変化させるのに必要な電荷量がより多くなるので、FD２０３とFD２６１に蓄積された電荷を画素信号へと変換するときの変換効率はより低くなる。
同様に、リセットトランジスタ２０４とリセットトランジスタ２０５がオンされ、リセットトランジスタ２０６がオフされている状態では、FD２０３、FD２６１、およびFD２６２が電気的に接続されている状態となるので、さらに変換効率は低くなる。
したがって、画素駆動回路１０２は、例えば図１０に示すようにリセットトランジスタ２０４乃至リセットトランジスタ２０６を個別にオン、オフさせることで、偏光画素６１の変換効率を切り替える、すなわち変換効率を変更することが可能である。
図１０において「RST1」、「RST2」、および「RST3」は、リセット信号RST1乃至リセット信号RST3の状態、すなわちリセットトランジスタ２０４乃至リセットトランジスタ２０６のオン、オフの状態を示している。
例えばリセットトランジスタ２０４乃至リセットトランジスタ２０６が全てオフの状態では、FD２０３とFD２６１は電気的に分離された状態であるので、PD２０１で得られた電荷はFD２０３のみに蓄積される。
このようにFD２０３のみに電荷が蓄積される状態は、偏光画素６１の変換効率が最も高い状態であり、以下ではこのような状態を変換効率高の状態と呼ぶこととする。
また、リセットトランジスタ２０４がオンであり、リセットトランジスタ２０５とリセットトランジスタ２０６がオフの状態では、FD２０３とFD２６１が電気的に接続された状態となり、PD２０１で得られた電荷はFD２０３とFD２６１に蓄積される。
このようにFD２０３とFD２６１に電荷が蓄積される状態は、変換効率高の状態よりは偏光画素６１の変換効率が低い状態であり、以下ではこのような状態を変換効率中の状態と呼ぶこととする。
さらに、リセットトランジスタ２０４とリセットトランジスタ２０５がオンであり、リセットトランジスタ２０６がオフの状態では、FD２０３とFD２６１とFD２６２が電気的に接続された状態となる。したがって、PD２０１で得られた電荷はFD２０３、FD２６１、およびFD２６２に蓄積される。
このようにFD２０３、FD２６１、およびFD２６２に電荷が蓄積される状態は、変換効率中の状態よりも偏光画素６１の変換効率が低い状態であり、以下ではこのような状態を変換効率低の状態と呼ぶこととする。
画素駆動回路１０２は、偏光画素６１ごとにリセットトランジスタ２０４乃至リセットトランジスタ２０６をオン、オフさせることで、変換効率高、変換効率中、および変換効率低の３段階で偏光画素６１ごとに変換効率を切り替えることが可能である。
この場合、偏光センサ制御装置１５の設定部３１は、偏光フィルタ制御装置１４から供給されたフィルタ角度情報と、偏光画素６１が有している偏光子２３２（WGP）の偏光方向（透過軸の方向）とに基づいて、偏光画素６１ごとに変換効率の設定を行う。
そして駆動制御部３２は、設定部３１による変換効率の設定に従って画素駆動回路１０２を制御して各偏光画素６１のリセットトランジスタ２０４乃至リセットトランジスタ２０６をオン、オフさせ、偏光画素６１ごとに変換効率を切り替えさせる。
具体的な例として、例えば設定部３１は図１１に示すように各偏光画素６１の変換効率を決定するようにしてもよい。
なお、図１１において横軸は偏光画素６１に設けられた偏光子２３２の偏光方向θpolを示しており、縦軸は各偏光方向θpolの偏光子２３２を有する偏光画素６１の出力値、換言すれば偏光画素６１のPD２０１に入射する測定光の入射光強度Ipolを示している。
図１１では、点P51乃至点P54は、偏光子２３２としてWGP000、WGP045、WGP090、およびWGP135を有する偏光画素６１の出力値を示しており、曲線L51は各偏光画素６１の出力値に基づくフィッティングにより得られたサインカーブを表している。
この例では、WGP000を有する偏光画素６１の出力値が低く、WGP090を有する偏光画素６１の出力値が高くなっている。
また、WGP045を有する偏光画素６１およびWGP135を有する偏光画素６１の出力値は、WGP000を有する偏光画素６１の出力値と、WGP090を有する偏光画素６１の出力値との間の中程度の値となっている。
すなわち、偏光画素６１に設けられた偏光子２３２の偏光方向によって、偏光画素６１の出力値の大きさ、換言すれば偏光画素６１の出力レベルは異なる。
ここでは、WGP000を有する偏光画素６１が反射軸対応画素となり、WGP090を有する偏光画素６１が透過軸対応画素となり、WGP045を有する偏光画素６１およびWGP135を有する偏光画素６１が半透過軸対応画素となっている。
各偏光画素６１の偏光子２３２がWGP000、WGP045、WGP090、WGP135の何れであるかは既知である。そのため、設定部３１では、偏光画素６１の配置位置とフィルタ角度情報とに基づいて、各偏光画素６１が反射軸対応画素、透過軸対応画素、および半透過軸対応画素の何れであるかを特定することができる。
この例では、設定部３１は、反射軸対応画素、つまりWGP000を有する偏光画素６１の変換効率を変換効率高とし、透過軸対応画素、つまりWGP090を有する偏光画素６１の変換効率を変換効率低とする。
また、設定部３１は、半透過軸対応画素、つまりWGP045またはWGP135を有する偏光画素６１の変換効率を変換効率中とする。
このようにすることで、各偏光画素６１の出力、換言すれば各偏光画素６１への測定光の入射光量に応じて、適切な変換効率で画素信号（出力値）を生成することができるようになる。これにより、光電変換後の工程で発生するノイズを抑制して画素信号のSN比を向上させ、より正確に偏光情報を導出することができる。すなわち、偏光分解能を向上させることができる。
図１１に示した例では、偏光画素６１ごとに適切な変換効率の設定が行われているため、ノイズの影響を抑制し、正確に偏光角φや偏光度ρを導出できることが分かる。
なお、ここでは各偏光画素６１の変換効率を３段階で切り替える例について説明したが、例えば図１２に示すように、変換効率高と変換効率低など、２段階で切り替えるようにしてもよい。なお、図１２において図１１における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜、省略する。
図１２に示す例においても、図１１に示した例と同様に、WGP000を有する偏光画素６１が反射軸対応画素となり、WGP090を有する偏光画素６１が透過軸対応画素となり、WGP045またはWGP135を有する偏光画素６１が半透過軸対応画素となっている。
この例では、設定部３１は、WGP000を有する偏光画素６１およびWGP135を有する偏光画素６１の変換効率を変換効率高とし、WGP045を有する偏光画素６１およびWGP090を有する偏光画素６１の変換効率を変換効率低とする。
このようにすることでも、反射軸対応画素では変換効率高で変換が行われ、透過軸対応画素では変換効率低で変換が行われるため、ノイズを抑制して画素信号のSN比を向上させ、偏光分解能を向上させることができる。
なお、偏光画素６１の変換効率を２段階で切り替える場合、図１２に示した例に限らず、変換効率高と変換効率中の何れかに切り替えるようにするなどしてもよい。
また、変換効率を２段階で切り替える場合には、偏光画素６１を図９に示した構成とするのではなく、図９に示した構成からリセットトランジスタ２０６とFD２６２が除かれた構成とするようにしてもよい。
さらに、偏光画素６１の変換効率を切り替えるために、偏光画素６１ごとに制御線を設けるようにしてもよいが、例えば図１３に示すように同じ種類の偏光子２３２を有する偏光画素６１ごとに制御線を設けるようにしてもよい。なお、図１３において図２における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
図１３は、画素アレイ部１０１の一部分の領域に形成された複数の偏光画素６１の配列を示している。各偏光画素６１の近傍には、それらの偏光画素６１に設けられた偏光子２３２の種類、すなわち偏光方向を示す文字「WGP000」、「WGP045」、「WGP135」、または「WGP090」が記されている。
例えば図中、上側では横方向（行方向）に並べられた偏光画素６１－１、偏光画素６１－２、偏光画素６１－５、および偏光画素６１－６を含む複数の偏光画素６１により画素行が構成されている。
特に、ここでは偏光画素６１－１および偏光画素６１－５がWGP000、より詳細には偏光子２３２としてWGP000を有する偏光画素６１となっており、偏光画素６１－２および偏光画素６１－６がWGP045となっている。すなわち、図中、上側の画素行では、WGP000とWGP045とが交互に配置されている。
また、図中、下側では横方向（行方向）に並べられた偏光画素６１－３、偏光画素６１－４、偏光画素６１－７、および偏光画素６１－８を含む複数の偏光画素６１により画素行が構成されている。
特に、ここでは偏光画素６１－３および偏光画素６１－７がWGP135となっており、偏光画素６１－４および偏光画素６１－８がWGP090となっている。すなわち、図中、下側の画素行では、WGP135とWGP090とが交互に配置されている。
画素アレイ部１０１では、このようなWGP000およびWGP045からなる画素行と、WGP135およびWGP090からなる画素行とが列方向に交互に並べられて配置されている。
換言すれば、WGP000およびWGP135が列方向に交互に配置されている画素列と、WGP045およびWGP090が列方向に交互に配置されている画素列とが、行方向に交互に並べられて配置されている。
このような偏光画素６１の配置パターンとされた画素アレイ部１０１では、画素行に沿って、制御線２９１－１乃至制御線２９３－４が設けられている。
特に、図中、上側の画素行に対して、制御線２９１－１、制御線２９１－２、制御線２９２－１、制御線２９２－２、制御線２９３－１、および制御線２９３－２が設けられている。
同様に、図中、下側の画素行に対して、制御線２９１－３、制御線２９１－４、制御線２９２－３、制御線２９２－４、制御線２９３－３、および制御線２９３－４が設けられている。
なお、以下、制御線２９１－１乃至制御線２９１－４を特に区別する必要のない場合、単に制御線２９１とも称することとする。
同様に、以下、制御線２９２－１乃至制御線２９２－４を特に区別する必要のない場合、単に制御線２９２とも称し、制御線２９３－１乃至制御線２９３－４を特に区別する必要のない場合、単に制御線２９３とも称することとする。
制御線２９１乃至制御線２９３は、例えば図８に示した制御線２３３に対応し、画素駆動回路１０２と偏光画素６１とを接続している。
この例では、制御線２９１は、偏光画素６１におけるリセットトランジスタ２０４のゲートと画素駆動回路１０２とを接続している。画素駆動回路１０２は、制御線２９１を介してリセットトランジスタ２０４にリセット信号RST1を供給することで、リセットトランジスタ２０４のオン、オフを制御する。
また、制御線２９２は、偏光画素６１におけるリセットトランジスタ２０５のゲートと画素駆動回路１０２とを接続している。画素駆動回路１０２は、制御線２９２を介してリセットトランジスタ２０５にリセット信号RST2を供給することで、リセットトランジスタ２０５のオン、オフを制御する。
制御線２９３は、偏光画素６１におけるリセットトランジスタ２０６のゲートと画素駆動回路１０２とを接続している。画素駆動回路１０２は、制御線２９３を介してリセットトランジスタ２０６にリセット信号RST3を供給することで、リセットトランジスタ２０６のオン、オフを制御する。
ここで、図中、上側の画素行に注目すると、この画素行にはリセットトランジスタ２０４の制御のための制御線２９１として、制御線２９１－１および制御線２９１－２が設けられている。
制御線２９１－１には、WGP045である偏光画素６１－２および偏光画素６１－６が接続されており、制御線２９１－２には、WGP000である偏光画素６１－１および偏光画素６１－５が接続されている。
したがって、画素駆動回路１０２は、制御線２９１－１にリセット信号RST1を供給することで、偏光画素６１－２および偏光画素６１－６の各リセットトランジスタ２０４を同時にオン、オフさせることができる。同様にして、画素駆動回路１０２は、制御線２９１－２に接続されている偏光画素６１－１および偏光画素６１－５の各リセットトランジスタ２０４を同時にオン、オフさせることができる。
また、図中、上側の画素行では、制御線２９２－１には、WGP045である偏光画素６１－２および偏光画素６１－６が接続されており、制御線２９２－２には、WGP000である偏光画素６１－１および偏光画素６１－５が接続されている。
したがって、画素駆動回路１０２は、制御線２９２－１を介して偏光画素６１－２および偏光画素６１－６の各リセットトランジスタ２０５を同時に制御することができ、制御線２９２－２を介して偏光画素６１－１および偏光画素６１－５の各リセットトランジスタ２０５を同時に制御することができる。
さらに図中、上側の画素行では、制御線２９３－１には、WGP045である偏光画素６１－２および偏光画素６１－６が接続されており、制御線２９３－２には、WGP000である偏光画素６１－１および偏光画素６１－５が接続されている。
したがって、画素駆動回路１０２は、制御線２９３－１を介して偏光画素６１－２および偏光画素６１－６の各リセットトランジスタ２０６を同時に制御することができ、制御線２９３－２を介して偏光画素６１－１および偏光画素６１－５の各リセットトランジスタ２０６を同時に制御することができる。
図中、下側の画素行においても、図中、上側の画素行と同様に、偏光画素６１の種類ごとに、各リセットトランジスタの制御のための制御線が設けられている。
すなわち、制御線２９１－３、制御線２９２－３、および制御線２９３－３には、WGP090である偏光画素６１－４および偏光画素６１－８が接続されている。
したがって、画素駆動回路１０２は、制御線２９１－３、制御線２９２－３、および制御線２９３－３のそれぞれを介して、偏光画素６１－４および偏光画素６１－８の各リセットトランジスタ２０４乃至リセットトランジスタ２０６を同時に制御することができる。
また、制御線２９１－４、制御線２９２－４、および制御線２９３－４には、WGP135である偏光画素６１－３および偏光画素６１－７が接続されている。
したがって、画素駆動回路１０２は、制御線２９１－４、制御線２９２－４、および制御線２９３－４のそれぞれを介して、偏光画素６１－３および偏光画素６１－７の各リセットトランジスタ２０４乃至リセットトランジスタ２０６を同時に制御することができる。
このように各画素行には、制御線２９１乃至制御線２９３がそれぞれ２つずつ設けられている。換言すれば、画素行に設けられた偏光画素６１の種類ごと、つまり偏光子２３２の種類（偏光方向）ごとに制御線２９１乃至制御線２９３が設けられている。
したがって、画素駆動回路１０２は、同じ制御線２９１乃至制御線２９３に接続されている同じ偏光方向の偏光画素６１を同時に制御し、それらの偏光画素６１を同時に同じ変換効率とすることができる。
すなわち、画素駆動回路１０２は、同じ制御線２９１乃至制御線２９３に接続されている偏光画素６１を単位として変換効率の切り替えを行うことができる。換言すれば、設定部３１は、画素行を構成する、同じ制御線２９１乃至制御線２９３に接続されている複数の偏光画素６１ごとに変換効率を設定することができる。
また、以上においては偏光分解能を向上させるための設定の例として、各偏光画素６１の変換効率の設定について説明した。しかし、これに限らず、偏光分解能を向上させるための設定として、各偏光画素６１における露光時間の設定を行うようにしてもよい。
この露光時間の設定は、変換効率の設定と組み合わせて用いるようにしてもよいし、変換効率の設定は行わずに、露光時間の設定のみを行うようにしてもよい。
以下、偏光分解能を向上させるための設定として、露光時間の設定を行う例について説明する。
偏光画素６１の偏光方向（偏光子２３２の種類）、つまり偏光画素６１のPD２０１への入射光量に応じて、適切に偏光画素６１での露光時間を設定することで、偏光画素６１の画素信号（出力値）のSN比を向上させることができる。
例えば透過軸対応画素には、多くの測定光が入射するため、反射軸対応画素に合わせて露光時間を長くすると電荷の飽和が生じ、画素信号のSN比が低下してしまう。
そこで、設定部３１は、偏光フィルタ制御装置１４から供給されたフィルタ角度情報と、偏光画素６１が有している偏光子２３２の偏光方向（透過軸の方向）とに基づいて、偏光画素６１ごとに露光時間の設定を行う。
例えば設定部３１は、偏光画素６１ごとに、偏光画素６１の露光時間を、より露光時間が短い短蓄露光と、短蓄露光よりも露光時間が長い長蓄露光の何れかとする。
なお、以下、短蓄露光とされた偏光画素６１を短蓄画素とも称し、長蓄露光とされた偏光画素６１を長蓄画素とも称することとする。
具体的な例として、例えば図１２に示したように、WGP000を有する偏光画素６１が反射軸対応画素となり、WGP090を有する偏光画素６１が透過軸対応画素となり、WGP045またはWGP135を有する偏光画素６１が半透過軸対応画素となっているとする。
そのような場合、例えば設定部３１は、変換効率の設定と同様に、WGP000を有する偏光画素６１およびWGP135を有する偏光画素６１の設定を長蓄露光とし、WGP090を有する偏光画素６１およびWGP045を有する偏光画素６１の設定を短蓄露光とする。
偏光画素６１の露光時間は、画素駆動回路１０２が図示せぬ制御線を介して転送トランジスタ２０２をオンさせることで露光を開始させてから、転送トランジスタ２０２をオフさせて露光を終了させるまでの時間を調整することで変化（変更）させることができる。
例えば偏光画素６１ごとに露光時間を変えることができない、または全偏光画素６１で同じ露光時間で偏光画像を撮像する場合、駆動制御部３２は、画素駆動回路１０２を制御し、短蓄露光での偏光画像と、長蓄露光での偏光画像とを交互に撮像させる。
そして、偏光情報算出部３３は、偏光センサ１３の出力部１０６から、短蓄露光での偏光画像（以下、短蓄画像とも称する）と、長蓄露光での偏光画像（以下、長蓄画像とも称する）とを取得し、それらの短蓄画像と長蓄画像を合成して最終的な偏光画像とし、その最終的な偏光画像に基づいて偏光情報を算出する。
ここで、短蓄画像と長蓄画像の合成時には、偏光情報算出部３３は、短蓄画像の画素のうち、設定部３１により短蓄露光とされた偏光画素６１に対応する画素と、長蓄画像の画素のうち、設定部３１により長蓄露光とされた偏光画素６１に対応する画素とを合成する。
すなわち、最終的な偏光画像の画素は、その画素の位置と同じ位置関係にある、短蓄画像の画素または長蓄画像の画素とされる。したがって、例えば最終的な偏光画像の所定の画素が、短蓄露光とされた偏光画素６１に対応する画素である場合、その所定の画素と同じ位置関係にある短蓄画像の画素が所定の画素として用いられる。
また、例えば偏光画素６１ごとに露光時間を制御することが可能な場合、画素駆動回路１０２が露光時間の設定に従って偏光画素６１ごとに露光時間を制御し、略同時に各偏光画素６１の画素信号を取得するようにしてもよい。
この場合、例えば画素駆動回路１０２は、長蓄画素の露光期間内の一部の期間が短蓄画素の露光期間となるようにすれば、画素ごとに露光時間が異なる１つの偏光画像を得ることができる。すなわち、短蓄画像と長蓄画像を合成することなく、目的とする偏光画像を得ることができる。
なお、偏光画素６１ごとに露光時間を制御する場合、各偏光画素６１の転送トランジスタ２０２のゲートと、画素駆動回路１０２とを接続する制御線についても、例えば図１３に示したリセットトランジスタの制御線と同様の配線を行うようにすればよい。
具体的には、例えば図１３に示した配列パターンで各偏光画素６１が配置されているとする。
そのような場合、例えば図１３中、上側の画素行に対しては、転送トランジスタ２０２を制御するための制御線として、WGP000である偏光画素６１－１および偏光画素６１－５に接続される制御線と、WGP045である偏光画素６１－２および偏光画素６１－６に接続される制御線とが設けられるようにすればよい。
そうすれば、同じ画素行を構成する複数の偏光画素６１について、WGP000とWGP045とで異なる露光時間で露光動作を行い、偏光画像を撮像させることができる。換言すれば、画素行を構成する偏光画素６１について、偏光画素６１の偏光方向ごとに異なる露光制御を実現することができる。
同様に、例えば図１３中、下側の画素行に対しては、転送トランジスタ２０２を制御するための制御線として、WGP135である偏光画素６１－３および偏光画素６１－７に接続される制御線と、WGP090である偏光画素６１－４および偏光画素６１－８に接続される制御線とが設けられるようにすればよい。
以上のようにして転送トランジスタ２０２の制御のための制御線を設ければ、上述した短蓄露光と長蓄露光の２段階の露光設定だけでなく、例えば短蓄露光、中蓄露光、および長蓄露光の３段階の露光設定を行うこともできる。ここで中蓄露光とは、短蓄露光よりは長く、かつ長蓄露光よりは短い時間で露光を行うことである。
具体的には、例えば図１１に示したように、WGP000を有する偏光画素６１が反射軸対応画素となり、WGP090を有する偏光画素６１が透過軸対応画素となり、WGP045またはWGP135を有する偏光画素６１が半透過軸対応画素となっているとする。
そのような場合、例えば設定部３１は、変換効率の設定と同様に、WGP000を有する偏光画素６１の設定を長蓄露光とし、WGP045を有する偏光画素６１およびWGP135を有する偏光画素６１の設定を中蓄露光とし、WGP090を有する偏光画素６１の設定を短蓄露光とする。
なお、３段階の露光設定を行う場合においても、２段階の露光設定を行う場合と同様に、画素ごとに露光時間が異なる１つの偏光画像を撮像するようにしてもよいし、露光時間ごとの偏光画像を撮像し、それらの偏光画像を合成して最終的な１つの偏光画像としてもよい。
その他、偏光画素６１ごとに露光時間を設定するのではなく、画素行ごとに露光時間を設定するようにしてもよい。この場合、例えば図１３に示した例では、WGP000とWGP045で同じ露光時間が設定され、WGP135とWGP090で同じ露光時間が設定される。
〈偏光センサの他の構成例〉
また、以上においては偏光センサ１３が、画素AD変換方式の偏光イメージセンサである場合を例として説明したが、これに限らず偏光センサ１３は、カラムAD方式の偏光イメージセンサなど、どのような構成の偏光イメージセンサであってもよい。
ここで、偏光センサ１３がカラムAD方式の偏光イメージセンサである例について説明する。そのような場合、偏光センサ１３は、例えば図１４に示すように構成される。
図１４に示す例では、偏光センサ１３は、画素アレイ部４０１、行走査回路４０２、カラム処理部４０３、参照電圧供給部４０４、列走査回路４０５、水平出力線４０６、およびタイミング制御回路４０７を有している。
画素アレイ部４０１には、例えば図９に示したものと同じ構成の複数の偏光画素６１が行列状に配置されている。特に、この例では行方向にｎ個の偏光画素６１が配置され、列方向にｍ個の偏光画素６１が配列されている。
また、行方向に並ぶ複数の偏光画素６１は、制御線により行走査回路４０２と接続されており、列方向に並ぶ複数の偏光画素６１は、列信号線によりカラム処理部４０３と接続されている。
例えば図中、一番上側にある画素行の偏光画素６１は、制御線４１１により行走査回路４０２と接続されており、図中、一番右側にある画素列の偏光画素６１は、列信号線４１２によりカラム処理部４０３と接続されている。
なお、ここでは制御線４１１は１つの線として描かれているが、実際には行走査回路４０２と偏光画素６１は、複数の制御線４１１により接続されている。
具体的には、例えば制御線４１１として、転送トランジスタ２０２の制御線、リセットトランジスタ２０４の制御線、リセットトランジスタ２０５の制御線、リセットトランジスタ２０６の制御線、選択トランジスタ２０８の制御線などが設けられている。
また、１つの画素行に対して設けられた１つの制御線４１１は、その画素行を構成する全ての偏光画素６１と接続されている必要はなく、例えば図１３に示した例のように、１つの制御線４１１に同じ偏光方向の偏光画素６１のみが接続されていてもよい。
そのような場合、例えば各画素行には、制御線２９１乃至制御線２９３等が制御線４１１として設けられる。そうすれば行走査回路４０２は、偏光画素６１ごと、より詳細には偏光画素６１の種類ごとに変換効率や露光時間の切り替えの制御を行うことができる。
また、画素列を構成する全ての偏光画素６１の選択トランジスタ２０８が列信号線４１２に接続されており、偏光画素６１の選択トランジスタ２０８から出力されたアナログの画素信号が列信号線４１２を介してカラム処理部４０３に供給される。
なお、以下では、画素アレイ部４０１に設けられた任意の画素行に接続されている制御線を制御線４１１と記し、画素アレイ部４０１に設けられた任意の画素列に接続されている列信号線を列信号線４１２と記すこととする。
行走査回路４０２は、偏光センサ制御装置１５の駆動制御部３２の制御に従って、制御線４１１を介して偏光画素６１を駆動させ、偏光画像を撮像させる。
例えば行走査回路４０２は、制御線４１１を介して偏光画素６１の転送トランジスタ２０２をオン、オフさせることで所定の露光時間で偏光画素６１に偏光画像を撮像させる。
このとき、行走査回路４０２は、転送トランジスタ２０２をオン、オフさせるタイミングを偏光画素６１ごとに調整することで、設定部３１で行われた設定に従って、偏光画素６１ごとの短蓄露光や長蓄露光を実現することができる。
また、例えば行走査回路４０２は、制御線４１１を介して偏光画素６１のリセットトランジスタ２０４乃至リセットトランジスタ２０６をオン、オフさせることで、偏光画素６１ごとに変換効率を切り替えたり、偏光画素６１（FD２０３等）の電位をリセットさせたりする。
その他、例えば行走査回路４０２は、制御線４１１を介して偏光画素６１の選択トランジスタ２０８をオンさせることで偏光画素６１を選択状態とし、偏光画素６１で得られた画素信号を列信号線４１２に出力させる。
カラム処理部４０３は、画素列ごとにADC４２１を有しており、列信号線４１２を介して各偏光画素６１から供給されたアナログの画素信号をデジタルの画素信号に変換（AD変換）する。なお、ここでは図を見やすくするため、一部のADCとそのADCの各部についてのみ符号が付されている。
各ADC４２１は、比較器４３１、アップ／ダウンカウンタ４３２、転送スイッチ４３３、およびメモリ４３４を有している。
比較器４３１は、参照電圧供給部４０４および列信号線４１２に接続されており、列信号線４１２を介して偏光画素６１（選択トランジスタ２０８）から供給された画素信号と、参照電圧供給部４０４から供給されるランプ波形の参照電圧とを比較する。
比較器４３１は、参照電圧が画素信号よりも大きい場合にHレベルの信号を出力し、参照電圧が画素信号以下の場合にLレベルの信号を出力する。
アップ／ダウンカウンタ４３２は、タイミング制御回路４０７から供給される制御信号に応じて、タイミング制御回路４０７から供給されるクロックに同期してカウント動作を行うことで、比較器４３１での比較動作の開始から終了までの比較期間を計測する。
例えばアップ／ダウンカウンタ４３２は、比較器４３１から供給される信号のレベルが反転したときに比較器４３１での比較動作が終了したとして比較期間を計測し、その計測結果、すなわちカウント動作でのカウント結果を出力する。
転送スイッチ４３３は、タイミング制御回路４０７の制御に従ってオン、オフする。例えば転送スイッチ４３３は、アップ／ダウンカウンタ４３２でのカウント動作が完了したときにオンされ、アップ／ダウンカウンタ４３２で得られたカウント結果をメモリ４３４へと転送する。
メモリ４３４は、転送スイッチ４３３を介してアップ／ダウンカウンタ４３２から供給されたカウント結果を、AD変換により得られたデジタルの画素信号として保持する。
参照電圧供給部４０４は、タイミング制御回路４０７の制御に従って、タイミング制御回路４０７から供給されるクロックに基づいてランプ波形の参照電圧を生成し、比較器４３１に供給する。
列走査回路４０５は、タイミング制御回路４０７の制御に従って、カラム処理部４０３での列走査等の制御を行う。
すなわち、列走査回路４０５は、列信号線４１２ごとに設けられたADC４２１を順番に選択し、選択したADC４２１のメモリ４３４に保持されている画素信号を順番にメモリ４３４から水平出力線４０６に出力させる。これにより、水平出力線４０６からは、撮像により得られた各偏光画素６１の画素信号からなる偏光画像のデータが出力されることになる。この偏光画像は、偏光センサ制御装置１５へと供給される。
タイミング制御回路４０７は、行走査回路４０２乃至列走査回路４０５の動作を制御するとともに、カラム処理部４０３および参照電圧供給部４０４に動作の同期のためのクロックを供給する。
以上のような偏光センサ１３では、画素信号のAD変換が偏光画素６１内で行われるのではなく、偏光画素６１の後段に設けられたカラム処理部４０３で行われる。
図１４に示した構成の偏光センサ１３においても、図５に示した構成の偏光センサ１３における場合と同様に、偏光画素６１ごとに変換効率や露光時間を設定し、偏光分解能を向上させることができる。
〈測定処理および撮像処理の説明〉
続いて、図１に示した測定システムの動作について説明する。なお、ここでは偏光センサ１３は図５に示した構成であるものとして説明を行う。
例えば測定システムにおいて、上述したフィルタ角度情報のキャリブレーション処理が行われた後、測定対象となる測定対象物１６が配置されると、偏光フィルタ制御装置１４は、必要に応じて、測定者等の指示に基づき偏光フィルタ１２を回転させる。
すると、偏光フィルタ制御装置１４は、回転後の偏光フィルタ１２のフィルタ角度（偏光角）を示すフィルタ角度情報を出力する。また、光源１１は測定光を出力することで、偏光フィルタ１２を介して、測定光を測定対象物１６に照射する。
このようにして測定対象物１６に測定光が照射され、測定対象物１６からの測定光が偏光センサ１３に入射すると、偏光センサ制御装置１５は測定処理を開始し、偏光センサ１３は撮像処理を開始する。
以下、図１５のフローチャートを参照して、偏光センサ制御装置１５による測定処理、および偏光センサ１３による撮像処理について説明する。
測定処理が開始されると、ステップＳ１１において偏光センサ制御装置１５の設定部３１は、偏光フィルタ制御装置１４からフィルタ角度情報を取得する。
ステップＳ１２において設定部３１は、取得したフィルタ角度情報と、予め定められている偏光センサ１３の各偏光画素６１の偏光方向、すなわち偏光子２３２の透過軸の方向とに基づいて、偏光画素６１ごとに変換効率を設定する。
具体的には、設定部３１は、偏光方向がフィルタ角度情報により示される偏光方向（フィルタ角度）と同じである偏光画素６１を透過軸対応画素とし、偏光方向がフィルタ角度情報により示される偏光方向と90度だけ異なる偏光画素６１を反射軸対応画素とする。また、設定部３１は、偏光方向がフィルタ角度情報により示される偏光方向と45度だけ異なる偏光画素６１を半透過軸対応画素とする。
そして、例えば設定部３１は、透過軸対応画素の変換効率を変換効率低とし、反射軸対応画素の変換効率を変換効率高とし、半透過軸対応画素の変換効率を変換効率中とする。
その他、例えば設定部３１が偏光画素６１ごとに変換効率だけでなく、露光時間の設定を行うようにしてもよい。
例えば偏光画素６１が図１３に示した配列パターンで配列されている場合、設定部３１は、透過軸対応画素を有する画素行を構成する全偏光画素６１の露光時間を短蓄露光とし、反射軸対応画素を有する画素行を構成する全偏光画素６１の露光時間を長蓄露光とする。
ステップＳ１３において駆動制御部３２は、ステップＳ１２で設定部３１により行われた設定に従って偏光センサ１３での露光制御を行う。すなわち、駆動制御部３２は、設定部３１により行われた各偏光画素６１の設定に従って、画素駆動回路１０２を制御し、各偏光画素６１を駆動させる。
このようにして駆動制御部３２による制御が行われると、偏光センサ１３は撮像処理を開始する。
ステップＳ２１において画素アレイ部１０１の各偏光画素６１は、画素駆動回路１０２の制御に従って露光動作を行う。
例えば、まず画素駆動回路１０２は、全偏光画素６１のリセットトランジスタ２０４乃至リセットトランジスタ２０６をオンさせて、FD２０３、FD２６１、およびFD２６２の電位をリセットさせる。
次に、画素駆動回路１０２は、偏光センサ制御装置１５の駆動制御部３２の制御に従って、すなわち設定部３１により行われた設定に従って、偏光画素６１ごとにリセットトランジスタ２０４乃至リセットトランジスタ２０６をオン、またはオフさせる。
具体的には、画素駆動回路１０２は、変換効率低に設定された偏光画素６１については、リセットトランジスタ２０４およびリセットトランジスタ２０５をオンさせ、リセットトランジスタ２０６をオフさせる。
また、画素駆動回路１０２は、変換効率高に設定された偏光画素６１については、リセットトランジスタ２０４、リセットトランジスタ２０５、およびリセットトランジスタ２０６をオフさせる。
画素駆動回路１０２は、変換効率中に設定された偏光画素６１については、リセットトランジスタ２０４をオンさせ、リセットトランジスタ２０５およびリセットトランジスタ２０６をオフさせる。
このようにして変換効率の切り替えが行われると、画素駆動回路１０２は、各偏光画素６１の転送トランジスタ２０２をオンさせることで、偏光画素６１での露光を開始させる。
露光が開始されると、PD２０１による光電変換によって得られた電荷が転送トランジスタ２０２を介してFD２０３へと転送され、蓄積される。
なお、この場合、変換効率高に設定された偏光画素６１では、FD２０３のみに電荷が蓄積されるが、変換効率低に設定された偏光画素６１では、FD２０３、FD２６１、およびFD２６２が電気的に接続されているので、それらのFD２０３、FD２６１、およびFD２６２に電荷が蓄積される。同様に、変換効率中に設定された偏光画素６１では、FD２０３およびFD２６１に電荷が蓄積される。
また、露光期間が終了すると、画素駆動回路１０２は、各偏光画素６１の転送トランジスタ２０２をオフさせることで、偏光画素６１での露光を終了させる。
画素駆動回路１０２は、露光動作の終了後や、露光動作の開始時など、適切なタイミングで選択トランジスタ２０８をオンさせ、偏光画素６１で得られた画素信号が後段に出力されるようにする。
なお、設定部３１によって偏光画素６１ごとに異なる露光時間が設定されている場合には、画素駆動回路１０２は、それらの各偏光画素６１の露光時間に応じて、適切なタイミングで転送トランジスタ２０２をオン、オフさせる。
例えば画素駆動回路１０２は、まず短蓄画素とされている偏光画素６１の転送トランジスタ２０２をオフさせた後、適切なタイミングで、長蓄画素とされている偏光画素６１の転送トランジスタ２０２をオフさせることで、短蓄露光と長蓄露光を実現する。
以上のような露光動作が行われると、ステップＳ２２においてADC１４２は、各偏光画素６１で得られた画素信号のAD変換を行う。
例えば偏光画素６１では、FD２０３等に蓄積された電荷の量に応じた画素信号が、増幅トランジスタ２０７から選択トランジスタ２０８を介して差動入力回路１６１へと供給される。すると、差動入力回路１６１は、供給された画素信号と、DAC１０３から供給された参照信号REFとを比較し、その比較結果に応じた信号を出力する。
電圧変換回路１６２は、差動入力回路１６１から入力された信号を低電圧の信号に変換し、正帰還回路１６３に供給する。正帰還回路１６３は、電圧変換回路１６２から供給された信号に基づいて比較結果信号を生成し、ラッチ制御回路１７１に出力する。
ラッチ制御回路１７１は、正帰還回路１６３から供給される比較結果信号がHレベルである間、時刻コード転送部１１１から供給される時刻コードをラッチ記憶部１７２に供給して記憶させ、比較結果信号がLレベルに反転すると、時刻コードのラッチ記憶部１７２への供給を停止する。
また、ラッチ制御回路１７１は、垂直駆動回路１０５からWORD信号が供給されると、ラッチ記憶部１７２に記憶されている時刻コード（最後に記憶された時刻コード）を、デジタルの画素信号として時刻コード転送部１１１に出力する。
時刻コード転送部１１１は、各偏光画素６１のラッチ制御回路１７１から供給された画素信号を出力部１０６に順次転送する。
ステップＳ２３において出力部１０６は、各時刻コード転送部１１１から供給された、各偏光画素６１の画素信号からなる信号を偏光画像の画像信号として偏光センサ制御装置１５に出力し、撮像処理は終了する。
また、偏光画像が撮像されると、偏光センサ制御装置１５では、ステップＳ１４の処理が行われる。
すなわち、ステップＳ１４において偏光情報算出部３３は、偏光センサ１３の出力部１０６から出力された偏光画像に基づいて、偏光情報としての偏光角φおよび偏光度ρを算出し、測定処理は終了する。
以上のようにして偏光センサ制御装置１５は、フィルタ角度情報を取得し、そのフィルタ角度情報に基づいて偏光画素６１ごとの設定を行い、設定に従って偏光センサ１３を駆動させる。また、偏光センサ１３は、偏光センサ制御装置１５の制御に従って偏光画像を撮像する。
このようにすることで、各偏光画素６１の出力に応じた設定で偏光センサ１３を駆動させ、偏光画像を撮像させることができる。これにより、ノイズを抑制して画素信号のSN比を向上させ、偏光分解能を向上させることができる。
なお、図１５では偏光センサ１３が図５に示した構成である場合について説明したが、偏光センサ１３が図１４に示した構成とされる場合においても、同様の処理が行われて偏光画像が撮像される。
そのような場合、ステップＳ２１では、行走査回路４０２が駆動制御部３２の制御に従って、画素駆動回路１０２と同様にして各偏光画素６１を駆動させ、画素信号を得る。
また、ステップＳ２２では、カラム処理部４０３が各偏光画素６１で得られた画素信号をAD変換し、各偏光画素６１の画素信号からなる偏光画像が水平出力線４０６から偏光センサ制御装置１５へと供給される。
なお、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
また、上述のフローチャートで説明した各ステップは、１つの装置で実行する他、複数の装置で分担して実行することができる。
さらに、１つのステップに複数の処理が含まれる場合には、その１つのステップに含まれる複数の処理は、１つの装置で実行する他、複数の装置で分担して実行することができる。
さらに、本技術は、以下の構成とすることも可能である。
（１）
偏光フィルタを介して対象物に照射され、前記対象物を透過したか、または前記対象物で反射された光を受光して偏光画像を撮像する固体撮像素子を制御する制御装置であって、
前記固体撮像素子が有する、第１の偏光方向の光を受光する第１の偏光画素と、前記第１の偏光方向とは異なる第２の偏光方向の光を受光する第２の偏光画素とのそれぞれについて、前記偏光フィルタの偏光方向を示すフィルタ情報に基づいて、前記第１の偏光画素と前記第２の偏光画素のそれぞれの出力レベルに応じた設定を行う設定部と、
前記設定に従って前記固体撮像素子を制御し、前記偏光画像を撮像させる駆動制御部と
を備える制御装置。
（２）
前記固体撮像素子は、前記第１の偏光画素および前記第２の偏光画素を含む、３以上の偏光方向のうちの何れか１つの偏光方向の光を受光する複数の偏光画素を有しており、
前記設定部は、各前記偏光画素の出力レベルに応じた前記設定を行う
（１）に記載の制御装置。
（３）
前記設定部は、前記偏光画素ごとに前記設定を行う
（２）に記載の制御装置。
（４）
前記設定部は、所定方向に並ぶ複数の前記偏光画素からなる画素行に対して設けられた、同じ制御線に接続された複数の前記偏光画素ごとに前記設定を行う
（２）に記載の制御装置。
（５）
前記設定部は、前記設定として、前記第１の偏光画素の変換効率および前記第２の偏光画素の変換効率の設定を行う
（１）乃至（４）の何れか一項に記載の制御装置。
（６）
前記設定部は、前記偏光フィルタの偏光方向が前記第１の偏光方向である場合、前記第１の偏光画素の変換効率が、前記第２の偏光画素の変換効率よりも低くなるように前記設定を行う
（５）に記載の制御装置。
（７）
前記設定部は、前記設定として、前記第１の偏光画素での露光時間および前記第２の偏光画素での露光時間の設定を行う
（１）乃至（６）の何れか一項に記載の制御装置。
（８）
前記設定部は、前記偏光フィルタの偏光方向が前記第１の偏光方向である場合、前記第１の偏光画素での露光時間が、前記第２の偏光画素での露光時間よりも短くなるように前記設定を行う
（５）に記載の制御装置。
（９）
前記偏光画像に基づいて、前記固体撮像素子が受光した前記対象物からの光の偏光状態を示す偏光情報を算出する偏光情報算出部をさらに備える
（１）乃至（８）の何れか一項に記載の制御装置。
（１０）
前記設定部は、前記偏光フィルタを回転させて前記偏光フィルタの偏光方向を調整する偏光フィルタ制御装置から、前記フィルタ情報を取得する
（１）乃至（８）の何れか一項に記載の制御装置。
（１１）
偏光フィルタを介して対象物に照射され、前記対象物を透過したか、または前記対象物で反射された光を受光して偏光画像を撮像する固体撮像素子を制御する制御装置が、
前記固体撮像素子が有する、第１の偏光方向の光を受光する第１の偏光画素と、前記第１の偏光方向とは異なる第２の偏光方向の光を受光する第２の偏光画素とのそれぞれについて、前記偏光フィルタの偏光方向を示すフィルタ情報に基づいて、前記第１の偏光画素と前記第２の偏光画素のそれぞれの出力レベルに応じた設定を行い、
前記設定に従って前記固体撮像素子を制御し、前記偏光画像を撮像させる
制御方法。
（１２）
偏光フィルタを介して対象物に照射され、前記対象物を透過したか、または前記対象物で反射された光を受光して偏光画像を撮像する固体撮像素子であって、
第１の偏光方向の光を受光する第１の偏光画素、および前記第１の偏光方向とは異なる第２の偏光方向の光を受光する第２の偏光画素を有する画素アレイ部と、
前記偏光フィルタの偏光方向を示すフィルタ情報に基づき前記第１の偏光画素と前記第２の偏光画素とのそれぞれについて行われた、前記第１の偏光画素と前記第２の偏光画素のそれぞれの出力レベルに応じた設定に基づく制御装置による制御に従って前記画素アレイ部を駆動させ、前記偏光画像を撮像させる駆動部と
を備える固体撮像素子。
（１３）
前記画素アレイ部は、前記第１の偏光画素および前記第２の偏光画素を含む、３以上の偏光方向のうちの何れか１つの偏光方向の光を受光する複数の偏光画素を有しており、
前記駆動部は、各前記偏光画素の出力レベルに応じた前記設定に基づく前記制御装置による制御に従って前記画素アレイ部を駆動させる
（１２）に記載の固体撮像素子。
（１４）
前記設定は、前記偏光画素ごとに行われる
（１３）に記載の固体撮像素子。
（１５）
前記設定は、所定方向に並ぶ複数の前記偏光画素からなる画素行に対して設けられた、同じ制御線に接続された複数の前記偏光画素ごとに行われる
（１３）に記載の固体撮像素子。
（１６）
前記駆動部は、前記設定に基づく前記制御装置による制御に従って、前記第１の偏光画素の変換効率および前記第２の偏光画素の変換効率を変更する
（１２）乃至（１５）の何れか一項に記載の固体撮像素子。
（１７）
前記駆動部は、前記偏光フィルタの偏光方向が前記第１の偏光方向である場合、前記第１の偏光画素の変換効率が、前記第２の偏光画素の変換効率よりも低くなるようにする
（１６）に記載の固体撮像素子。
（１８）
前記駆動部は、前記設定に基づく前記制御装置による制御に従って、前記第１の偏光画素での露光時間および前記第２の偏光画素での露光時間を変更する
（１２）乃至（１７）の何れか一項に記載の固体撮像素子。
（１９）
前記駆動部は、前記偏光フィルタの偏光方向が前記第１の偏光方向である場合、前記第１の偏光画素での露光時間が、前記第２の偏光画素での露光時間よりも短くなるようにする
（１８）に記載の固体撮像素子。
（２０）
第１の偏光方向の光を受光する第１の偏光画素、および前記第１の偏光方向とは異なる第２の偏光方向の光を受光する第２の偏光画素を有する画素アレイ部を備え、
偏光フィルタを介して対象物に照射され、前記対象物を透過したか、または前記対象物で反射された光を受光して偏光画像を撮像する
固体撮像素子が、
前記偏光フィルタの偏光方向を示すフィルタ情報に基づき前記第１の偏光画素と前記第２の偏光画素とのそれぞれについて行われた、前記第１の偏光画素と前記第２の偏光画素のそれぞれの出力レベルに応じた設定に基づく制御装置による制御に従って前記画素アレイ部を駆動させ、前記偏光画像を撮像させる
撮像方法。
１１ 光源， １２ 偏光フィルタ， １３ 偏光センサ， １４ 偏光フィルタ制御装置， １５ 偏光センサ制御装置， １６ 測定対象物， ３１ 設定部， ３２ 駆動制御部， ３３ 偏光情報算出部， １０２ 画素駆動回路， ２０１ PD， ２０２ 転送トランジスタ， ２０３ FD， ２０４ リセットトランジスタ， ２０５ リセットトランジスタ， ２０６ リセットトランジスタ， ２６１ FD， ２６２ FD

Claims (20)

  1. 偏光フィルタを介して対象物に照射され、前記対象物を透過したか、または前記対象物で反射された光を受光して偏光画像を撮像する固体撮像素子を制御する制御装置であって、
    前記固体撮像素子が有する、第１の偏光方向の光を受光する第１の偏光画素と、前記第１の偏光方向とは異なる第２の偏光方向の光を受光する第２の偏光画素とのそれぞれについて、前記偏光フィルタの偏光方向を示すフィルタ情報に基づいて、前記第１の偏光画素と前記第２の偏光画素のそれぞれの出力レベルに応じた設定を行う設定部と、
    前記設定に従って前記固体撮像素子を制御し、前記偏光画像を撮像させる駆動制御部と
    を備える制御装置。
  2. 前記固体撮像素子は、前記第１の偏光画素および前記第２の偏光画素を含む、３以上の偏光方向のうちの何れか１つの偏光方向の光を受光する複数の偏光画素を有しており、
    前記設定部は、各前記偏光画素の出力レベルに応じた前記設定を行う
    請求項１に記載の制御装置。
  3. 前記設定部は、前記偏光画素ごとに前記設定を行う
    請求項２に記載の制御装置。
  4. 前記設定部は、所定方向に並ぶ複数の前記偏光画素からなる画素行に対して設けられた、同じ制御線に接続された複数の前記偏光画素ごとに前記設定を行う
    請求項２に記載の制御装置。
  5. 前記設定部は、前記設定として、前記第１の偏光画素の変換効率および前記第２の偏光画素の変換効率の設定を行う
    請求項１に記載の制御装置。
  6. 前記設定部は、前記偏光フィルタの偏光方向が前記第１の偏光方向である場合、前記第１の偏光画素の変換効率が、前記第２の偏光画素の変換効率よりも低くなるように前記設定を行う
    請求項５に記載の制御装置。
  7. 前記設定部は、前記設定として、前記第１の偏光画素での露光時間および前記第２の偏光画素での露光時間の設定を行う
    請求項１に記載の制御装置。
  8. 前記設定部は、前記偏光フィルタの偏光方向が前記第１の偏光方向である場合、前記第１の偏光画素での露光時間が、前記第２の偏光画素での露光時間よりも短くなるように前記設定を行う
    請求項５に記載の制御装置。
  9. 前記偏光画像に基づいて、前記固体撮像素子が受光した前記対象物からの光の偏光状態を示す偏光情報を算出する偏光情報算出部をさらに備える
    請求項１に記載の制御装置。
  10. 前記設定部は、前記偏光フィルタを回転させて前記偏光フィルタの偏光方向を調整する偏光フィルタ制御装置から、前記フィルタ情報を取得する
    請求項１に記載の制御装置。
  11. 偏光フィルタを介して対象物に照射され、前記対象物を透過したか、または前記対象物で反射された光を受光して偏光画像を撮像する固体撮像素子を制御する制御装置が、
    前記固体撮像素子が有する、第１の偏光方向の光を受光する第１の偏光画素と、前記第１の偏光方向とは異なる第２の偏光方向の光を受光する第２の偏光画素とのそれぞれについて、前記偏光フィルタの偏光方向を示すフィルタ情報に基づいて、前記第１の偏光画素と前記第２の偏光画素のそれぞれの出力レベルに応じた設定を行い、
    前記設定に従って前記固体撮像素子を制御し、前記偏光画像を撮像させる
    制御方法。
  12. 偏光フィルタを介して対象物に照射され、前記対象物を透過したか、または前記対象物で反射された光を受光して偏光画像を撮像する固体撮像素子であって、
    第１の偏光方向の光を受光する第１の偏光画素、および前記第１の偏光方向とは異なる第２の偏光方向の光を受光する第２の偏光画素を有する画素アレイ部と、
    前記偏光フィルタの偏光方向を示すフィルタ情報に基づき前記第１の偏光画素と前記第２の偏光画素とのそれぞれについて行われた、前記第１の偏光画素と前記第２の偏光画素のそれぞれの出力レベルに応じた設定に基づく制御装置による制御に従って前記画素アレイ部を駆動させ、前記偏光画像を撮像させる駆動部と
    を備える固体撮像素子。
  13. 前記画素アレイ部は、前記第１の偏光画素および前記第２の偏光画素を含む、３以上の偏光方向のうちの何れか１つの偏光方向の光を受光する複数の偏光画素を有しており、
    前記駆動部は、各前記偏光画素の出力レベルに応じた前記設定に基づく前記制御装置による制御に従って前記画素アレイ部を駆動させる
    請求項１２に記載の固体撮像素子。
  14. 前記設定は、前記偏光画素ごとに行われる
    請求項１３に記載の固体撮像素子。
  15. 前記設定は、所定方向に並ぶ複数の前記偏光画素からなる画素行に対して設けられた、同じ制御線に接続された複数の前記偏光画素ごとに行われる
    請求項１３に記載の固体撮像素子。
  16. 前記駆動部は、前記設定に基づく前記制御装置による制御に従って、前記第１の偏光画素の変換効率および前記第２の偏光画素の変換効率を変更する
    請求項１２に記載の固体撮像素子。
  17. 前記駆動部は、前記偏光フィルタの偏光方向が前記第１の偏光方向である場合、前記第１の偏光画素の変換効率が、前記第２の偏光画素の変換効率よりも低くなるようにする
    請求項１６に記載の固体撮像素子。
  18. 前記駆動部は、前記設定に基づく前記制御装置による制御に従って、前記第１の偏光画素での露光時間および前記第２の偏光画素での露光時間を変更する
    請求項１２に記載の固体撮像素子。
  19. 前記駆動部は、前記偏光フィルタの偏光方向が前記第１の偏光方向である場合、前記第１の偏光画素での露光時間が、前記第２の偏光画素での露光時間よりも短くなるようにする
    請求項１８に記載の固体撮像素子。
  20. 第１の偏光方向の光を受光する第１の偏光画素、および前記第１の偏光方向とは異なる第２の偏光方向の光を受光する第２の偏光画素を有する画素アレイ部を備え、
    偏光フィルタを介して対象物に照射され、前記対象物を透過したか、または前記対象物で反射された光を受光して偏光画像を撮像する
    固体撮像素子が、
    前記偏光フィルタの偏光方向を示すフィルタ情報に基づき前記第１の偏光画素と前記第２の偏光画素とのそれぞれについて行われた、前記第１の偏光画素と前記第２の偏光画素のそれぞれの出力レベルに応じた設定に基づく制御装置による制御に従って前記画素アレイ部を駆動させ、前記偏光画像を撮像させる
    撮像方法。
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