JP6672049B2 - 撮像装置、制御装置、制御方法、制御プログラムおよび記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置、制御装置、制御方法、制御プログラムおよび記録媒体に関する。

被写体からの光の偏光状態を観察することによって、被写体の所定の特徴を強調して検出可能な撮像装置が知られている。例えば、一眼レフカメラのレンズ前面に偏光フィルタを装着し撮影することで、被写体の色やコントラスト等の質感を際立たせることや、水面等の反射光の写り込みを強調または軽減することができる。また、異なる偏光方向で撮影を行い、被写体のエッジや欠陥部を検出可能な検査装置等も知られている。

特許文献１では、固体撮像素子上の各画素に対して異なる偏光を透過するワイヤーグリッド偏光板を有し、複数の画素から偏光情報を抽出する撮像素子の構成が開示されている。また、特許文献２では、λ／４板、位相差を可変可能な２枚の位相差板、および偏光板を有し、位相差板の軸方向を変化させながら複数枚の画像を撮ることによりストークスパラメータの一部を取得する構成が開示されている。

特許第５６８２４３７号公報 米国特許出願公開第２００９／００７９９８２号明細書

しかしながら、特許文献１では、複数の画素を偏光情報の取得に割り当てるため、解像度または色情報が失われる。また、特許文献２では、２枚の可変位相差板が必要であり、制御が煩雑化してコストも高くなる。さらに、一般的なデジタル一眼レフカメラ等で撮像素子の手前に配置される光学ローパスフィルタやオートフォーカス手段に偏光依存性が存在する場合、上記特許文献の構成では被写体の偏光情報を正しく取得できない可能性がある。

このような課題に鑑みて、本発明は、簡易な構成で良好な偏光情報を取得可能な撮像装置、制御装置、制御方法、制御プログラムおよび記録媒体を提供することを目的とする。

本発明の一側面としての撮像装置は、被写体からの光に与える位相差を変更して得られた複数の画像に基づいて偏光情報を取得する撮像装置であって、前記位相差を−９０度以上９０度以下である基準値に設定した状態で撮影条件を設定する制御手段を有することを特徴とする。

また、本発明の他の側面としての制御装置は、被写体からの光に与える位相差を変更して得られた複数の画像に基づいて偏光情報を取得する撮像装置を制御する制御装置であって、前記位相差を−９０度以上９０度以下である基準値に設定した状態で前記撮像装置の撮影条件を設定することを特徴とする。

また、本発明の他の側面としての制御方法は、被写体からの光に与える位相差を変更して得られた複数の画像に基づいて偏光情報を取得する撮像装置の制御方法であって、前記位相差を−９０度以上９０度以下である基準値に設定した状態で前記撮像装置の撮影条件を設定するステップを有することを特徴とする。

本発明によれば、簡易な構成で良好な偏光情報を取得可能な撮像装置、制御装置、制御方法、制御プログラムおよび記録媒体を提供することができる。

実施例１の撮像装置の構成図である。 入射光の偏光状態と光強度の方位依存性の一例を示す図である。 入射光の偏光方向に対する偏光取得手段の透過率依存性を示す図である。 可変位相差の位相差ごとの入射光の偏光成分に対する偏光取得手段の透過率依存性を示す図である。 可変位相差板の構成図である。 実施例１の制御方法を示すフローチャートである。 実施例１の制御方法を示すフローチャートである。 実施例１の制御方法を示すフローチャートである。 方位角と輝度値の関係図である。 合成画像を示す図である。 合成画像を示す図である。 実施例２の制御方法を示すフローチャートである。 実施例２の制御方法を示すフローチャートである。 実施例２の制御方法を示すフローチャートである。 実施例３の撮像装置の構成図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１を参照して、本実施例の撮像装置１００の構成について説明する。図１（ａ）は、本実施例の撮像装置１００の構成を簡易的に示す概略図である。図中の一点鎖線は、光学系１の光軸である。撮像装置１００は、被写体からの光を撮像素子２上に結像させる光学系１、被写体の画像情報を取得する撮像素子２、光学系１と撮像素子２との間の光路上に配置された偏光取得手段７、およびマイクロコンピューター等である制御装置２５を有する。なお、本実施例では、偏光取得手段７は光学系１と撮像素子２との間の光路上に配置されているが、本発明はこれに限定されない。偏光取得手段７は、撮像素子２より光入射側（被写体側）に配置されればよく、例えば、光学系１より光入射側や、光学系１が複数の光学要素から形成されている場合、複数の光学要素の途中に配置されてもよい。また、偏光取得手段７は、本実施例では撮像装置１００内に設けられているが、図１（ｂ）および図１（ｃ）に示されるように、撮像装置１００とは異なる光学装置であるアダプタ２００として構成されてもよい。アダプタ２００は、共通のマウントを持つレンズやデジタルカメラに取り付け可能に構成され、偏光情報を取得する場合に図１（ｂ）や図１（ｃ）に示される位置でレンズ３００やデジタルカメラ４００と組み合わされて使用される。また、アダプタ２００は、レンズ一体式のデジタルカメラにも取り付けて使用することができる。

偏光取得手段７は、光入射側から順に、λ／４板（第１の位相差板）３、可変位相差板（第２の位相差板）４、偏光板５、および位相差設定部（設定手段）６を有する。λ／４板３、可変位相差板４および偏光板５は、各軸が光学系１の光学軸に垂直な面内（ｘｙ平面内）となるように配置されている。λ／４板３は、延伸フィルムから構成され、入射光の直交する偏光成分間にπ／２（ｒａｄ）の相対位相差を与える。λ／４板３が与えるπ／２の相対位相差は、不変（固定）である。本実施例では、λ／４板を用いるが、π／２の相対位相差を与えることが可能であれば３λ／４板や可変位相差板であってもよい。可変位相差板４は、液晶を用いた素子であり、λ／４板３と同様に入射光の直交する偏光成分間に、印加される電圧に応じて変更可能な相対位相差（以下、可変位相差板４の位相差という）を与える。そのため、可変位相差板４の位相差は、複数の位相板を入れ替えて使用する場合や、偏光板１枚を回転させる場合に比べて高速に変更することが可能である。偏光板５は、入射光の偏光成分のうち透過軸方向（透過偏光方向）の成分を透過させる。偏光取得手段７は撮像装置１００に用いられるため、偏光板５は不要光を吸収するタイプの偏光板を用いることが望ましい。不要光を反射するタイプの、例えばワイヤーグリッド偏光子のような偏光板を用いると、カットする側の偏光が反射されその光が迷光やゴーストとなって画像に悪影響を及ぼすため、撮像装置１００の構成としては望ましくない。より好ましくは、ゴーストへの影響を抑えるため、偏光板５は使用波長域全域において、透過軸と直交する方向に振動する偏光のうち５０％以上を吸収する特性を有するものが望ましい。このような偏光板としては、例えばヨウ素化合物を含有する樹脂部材を延伸したフィルム等があるが、このような材料に限らず、任意の吸収型偏光板を使用すればよい。

なお、使用波長域は、撮像装置１００により取得される波長範囲であり、用途や撮像素子２の波長特性によって選択可能である。本実施例では、使用波長域を可視域（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）としている。使用波長域は、撮像装置１００の構成に基づいて、可視域（４００〜７００ｎｍ）、近赤外域（７００〜１１００ｎｍ）、および近紫外域（２００〜４００ｎｍ）のうち少なくとも１つの領域を選択するようにすればよい。偏光板５および各位相差板の設計波長λ（ｎｍ）は、適切な特性を有するように、撮像装置１００により取得される使用波長域に応じて選択すればよい。位相差設定部６は、撮像装置１００からの信号（指示）に応じて、可変位相差板４の位相差を設定（変更）する。なお、本実施例では、位相差設定部６は、偏光取得手段７内に設けられているが、撮像装置１００内に偏光取得手段７とは別に設けてもよい。

制御装置２５は、偏光成分制御部８、記録部９、画像処理部１０、システム制御部１１、撮影モードスイッチ１２、スイッチ（ＳＷ１）１３、スイッチ（ＳＷ２）１４、メインスイッチ１５、表示部１６、およびストロボ（発光手段）１７を備える。偏光成分制御部８は、撮像素子２と同期して、可変位相差板４の位相差の制御信号を位相差設定部６に出力する。この制御によって、撮像素子２が受光する被写体からの光の偏光成分が変化し、被写体の偏光情報を有する画像が取得可能となる。記録部９は、撮像素子２から取得される画像を不図示の記録媒体（ＲＡＭ等）に一時的に保管する。画像処理部１０は、撮像素子２から取得される画像の処理を行う。システム制御部（制御手段）１１は、撮像装置１００の動作を制御する。撮影モードスイッチ１２は、マクロモード、遠景モード、またはスポーツモードなどの撮影モードを選択するためのスイッチである。スイッチ（ＳＷ１）１３は、ＡＦ（自動焦点検出）やＡＥ（自動露出）などの撮影条件の設定動作を行うためのスイッチである。スイッチ（ＳＷ２）１４は、撮影を行うためのスイッチである。メインスイッチ１５は、撮像装置１００の電源を入れるためのスイッチである。表示部１６は、画像や操作補助のための表示や撮像装置１００の状態の表示等を行う。

次に、図２を参照して、一般的な被写体からの光強度の方位依存性について述べる。図２（ａ）に示される楕円は、例示的な偏光状態の振幅の方位依存性を示す。φは、偏光方向のｘ軸方向に対する方位角（度）である。図２（ｂ）は、方位角φを横軸、方位角φのときの図２（ａ）の楕円半径の２乗である光強度Ｉ（φ）を縦軸とした図である。図２（ａ）の線種の異なる各矢印は、図２（ｂ）の同じ線種の矢印に対応する。図２では、方位角φが４５度である偏光成分の光強度が最も強い。そのため、方位角φが４５度またはそれと直交する１３５度である偏光成分を抽出することで、被写体の特徴を最も強調した画像を取得できる。

次に、図３を参照して、偏光板５の透過軸方向を固定し、かつ、可変位相差板４の位相差を一定に設定した場合の偏光取得手段７に入射した入射光の振る舞いについて説明する。図３は、入射光の偏光方向に対する偏光取得手段７の透過率依存性を示す図である。図３では、可変位相差板４の位相差は、設計波長をλ（ｎｍ）とすると、λ／４に設定されている。偏光取得手段７の透過前後の矢印の方向と長さはそれぞれ、偏光方位と強度である。λ／４板３および可変位相差板４上の破線矢印は遅相軸方向を示し、偏光板５上の破線矢印は透過軸方向を示している。すなわち、λ／４板３の遅相軸方向と偏光板５の透過軸方向は、ｙ軸方向に平行となっている。ただし、厳密に平行である必要はなく、数度程度ずれていても実質的に平行（略平行）とみなされる。また、λ／４板３の遅相軸方向および偏光板５の透過軸方向のｘ軸方向に対する方位角φは９０度となっている。ただし、厳密に９０度である必要はなく、数度程度ずれていても実質的に９０度（略９０度）とみなされる。可変位相差板４の遅相軸方向のｘ軸に対する方位角φは４５度となっている。ただし、厳密に４５度である必要はなく、数度程度ずれていても実質的に４５度（略４５度）とみなされる。また、λ／４板３の進相軸方向を偏光板５の透過軸方向が、ｙ軸方向に対して平行に配置されてもよい。この場合、可変位相差板４の進相軸方向のｘ軸方向に対する方位角φは４５度となっている。

図３（ａ）は、方位角φが９０度である偏光成分が入射した場合を示している。この場合、入射光は、偏光方向がλ／４板３の遅相軸方向と平行であるため位相変化を受けずにλ／４板３を透過する。λ／４板３を透過した光は、可変位相差板４により右円偏光に変換されるため、偏光板５を透過すると入射光に対し約５０％の強度の直線偏光となる。

図３（ｂ）は、方位角φが４５度である偏光成分が入射した場合を示している。この場合、入射光は、λ／４板３により左円偏光に変換される。λ／４板３を透過した光は、可変位相差板４により偏光方向の方位角φが９０度の直線偏光に変換され偏光板５の透過軸方向と平行となるため、偏光板５をほぼ損失なく透過する。

図３（ｃ）は、方位角φが０度である偏光成分が入射した場合を示している。この場合、入射光は、偏光方向がλ／４板３の遅相軸方向と直交するため位相変化を受けずにλ／４板３を透過する。λ／４板３を透過した光は、可変位相差板４により左円偏光に変換されるため、偏光板５を透過すると入射光に対し約５０％の強度の直線偏光となる。

図３（ｄ）は、方位角φが１３５度である偏光成分が入射した場合を示している。この場合、入射光は、λ／４板３により右円偏光に変換される。λ／４板３を透過した光は、可変位相差板４により偏光方向の方位角φが０度の直線偏光に変換され偏光板５の透過軸方向と直交するため、偏光板５をほぼ透過しない。

したがって、可変位相差板４の位相差がλ／４である場合、偏光取得手段７への入射光の偏光成分のうち、方位角φが４５度である偏光成分の透過率が最大になる。以降、偏光取得手段７への入射光の偏光成分のうち透過率が最大になる偏光成分のｘ軸方向に対する角度（最大透過角）をφｏ（度）とする。

図４は、可変位相差板４の位相差ごとの入射光の偏光成分の方位角φと偏光取得手段７の透過率Ｔ（φ）の関係図である。図中の線（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、可変位相差板４の位相差が０、λ／４、λ／２、３λ／４に設定された場合を示している。例えば、線（ａ）では、方位角φが９０度のときに透過率Ｔ（φ）が１００％となっており、最大透過角度φｏは９０度となる。同様に、線（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）では、最大透過角φｏはそれぞれ４５度、０度、１３５度（−４５度）となる。以上より、最大透過角φ_０と可変位相差板４の位相差Δψ（度）は、以下の式（１）で表される。

φ_０＝９０−Δψ／２ （１）
したがって、可変位相差板４の位相差を式（１）に基づいて制御することで、透過する偏光方向を制御することができる。

次に、図５を参照して、可変位相差板４の構成について説明する。図５は可変位相差板４の構成図であり、図中の円形部分は液晶層の拡大図である。可変位相差板４は、基板１８、電極層１９、および配向膜２０によって液晶層２１を挟むように構成されている。液晶層２１は、ＶＡ方式の液晶層（ＶＡ液晶層）で、液晶分子２２が配向膜２０に倣う形で配向している。印加電圧を０［Ｖ］、Ａ［Ｖ］、Ｂ（＞Ａ）［Ｖ］へと変更させると、液晶分子２２の配向角度（チルト角度）は最小値θ_ｍｉｎ（度）から中間値θ（度）を経て最大値θ_ｍａｘ（度）に変化する。位相差設定部６は、可変位相差板４に電圧を印加し、液晶分子２２のチルト角度θ、すなわち屈折率異方性を制御することで、可変位相差板４の位相差を変化させる。チルト角が最大値θ_ｍａｘのときの位相差を最大位相差Δψ_ｍａｘ（度）、チルト角が最小値θ_ｍｉｎのときの位相差を最小位相差Δψ_ｍｉｎ（度）とすると、位相変化量は最大位相差Δψ_ｍａｘと最小位相差Δψ_ｍｉｎの差分で表される。なお、本実施例では、ＶＡ方式の液晶を用いることが好ましいが、これに限定されない。例えば、ＴＮ方式やＯＣＢ方式等、種々の液晶を用いてもよい。

本実施例では、撮像装置１００は、偏光板５の透過軸方向を固定して可変位相差板４の位相差を時間的に変えることで偏光状態の異なる複数の画像を撮像し、撮像された複数の画像に基づいて被写体の偏光情報を取得する。一般的に、位相板の位相差は、波長分散を有する。式（１）より最大透過角φ_０も入射光の波長によって変化する。設計波長λでの位相差をΔψ（λ）（度）、最大透過角をφ_０（λ）とすると、可変位相差板４の位相差は、使用波長内の代表波長λ_ｄで所望の位相差を持つように設定すればよい。例えば、位相差Δψ（λ_ｄ）は、０度、９０度、１８０度、２７０度と設定することができる。このとき、使用波長域の他の波長に対する位相差Δψ（λ）と最大透過角φ_０（λ）は、波長分散に応じて設定値から変化するが、分散特性を事前に測定しておくことで任意の波長に対して偏光情報を求めることができる。

ただし、可変位相差板４の位相差が波長分散を持つ場合、偏光取得手段７を用いて取得される画像には色づきが発生する。また、可変位相差板４の位相差が大きくなるほど、波長による位相差の違いが大きくなり最大透過角φ_０の違いが大きくなるため、画像に発生する色づきも顕著になる。また、位相差が変わると色づきの出方や画像の明るさが変化してしまう。そのため、位相差を変えて偏光情報を取得する際、位相差ごとに撮影条件を設定すると、不具合が生じる可能性がある。撮影条件とは、例えば、露出（シャッタースピード、ＩＳＯ感度、絞り）に関する設定条件、ホワイトバランスに関する設定条件、ストロボ（発光手段）に関する設定条件、またはフォーカスに関する設定条件である。

具体的には、可変位相差板４の位相差が大きい状態で取得された画像に基づいてホワイトバランスを設定する場合、取得された画像には色づきが発生するため、正しく設定できない可能性がある。また、位相差を０度、９０度、１８０度、２７０度と大きく変えて撮影すると、位相差によって色づきの出方や画像の明るさに違いが発生するため、露出、ストロボ、およびフォーカスに関するそれぞれの設定条件が位相差によって変化する可能性がある。特に、ストロボに関する設定条件（発光の有無や照度）やフォーカスに関する設定条件は撮像後に補正することが困難なため、異なる条件で撮像された複数の画像から偏光情報を正しく取得できないおそれがある。また、露出に関する設定条件（特に絞り）も撮像後にその影響を補正することが困難なため、偏光情報を正しく取得できないおそれがある。

そこで、本実施例では、可変位相差板４の位相差を共通の十分小さい一定範囲内の値である「基準値」に設定した状態で撮影条件を設定する。基準値は、−９０度以上９０度以下であることが好ましく、−４５度以上４５度以下であることがより好ましい。また、基準値は、−２０度以上２０度以下であることがさらに好ましい。

以下、図６のフローチャートを参照して、システム制御部１１により実行される撮像装置１００による撮影の制御方法について説明する。図６は、制御方法を示すフローチャートである。図６のフローチャートは、コンピュータに各ステップの機能を実行させるための制御プログラムとして具現化が可能である。図６の各ステップは、撮像装置１００とは別に設けられた制御装置により実行されてもよい。制御プログラムは、撮像装置１００の不図示の記録部にインストールされていてもよいし、撮像装置１００とは異なる制御装置内にインストールされていてもよい。また、制御プログラムは、例えば、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録されていてもよい。

ステップＳ１０１では、システム制御部１１は、スイッチ１３が押されたかどうかを判定する。スイッチ１３が押されたと判定した場合、ステップＳ１０２に進み、スイッチ１３が押されていないと判定した場合、ステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０２では、システム制御部１１は、位相差設定部６を介して可変位相差板４の位相差を基準値に設定する。可変位相差板４の位相差が最大位相差Δψ_ｍａｘと最小位相差Δψ_ｍｉｎに設定された場合、中間値である位相差（中間位相差）に設定された場合に比べて駆動制御性に優れ、誤差が小さい。そのため、頻繁に設定される基準値は、最小位相差Δψ_ｍｉｎであることが好ましい。また、可変位相差板４に印加される電圧と位相差の関係は、液晶のタイプ等により異なる。例えば、電圧を印加しない場合に位相差が最大となり電圧を上げると位相差が減少するタイプや、電圧を印加しない場合に位相差が最小となり電圧を上げると位相差が増加するタイプがある。基準値がなるべく少ない電圧で実現可能であれば消費電力の観点から有利であるため、電圧を印加しない場合に位相差が最小となるタイプの可変位相差板４を用いることが好ましい。なお、本実施例では、波長５３０ｎｍの入射光に対して最小位相差Δψ_ｍiｎは６度、このときの印加電圧は０Ｖである。また、最大位相差Δψ_ｍａｘは１８０度である。

ステップＳ１０３では、システム制御部１１は、撮影条件を設定する。ステップＳ１０４では、システム制御部１１は、スイッチ１４が押されたかどうかを判定する。スイッチ１４が押されたと判定した場合、ステップＳ１０５に進み、スイッチ１４が押されていないと判定した場合、ステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０５では、システム制御部１１は、位相差設定部６を介して可変位相差板４の位相差を「撮影値」に設定する。本実施例では、可変位相差板４の位相差を変えて３回以上撮影を実施するが、各画像の取得時に設定される可変位相差板４の位相差を「撮影値」とする。３つ以上の撮影値のうち１つの撮影値は、基準値に一致させることが好ましい。このように設定することで、設定する位相差の数を減らすことができる。また、基準値と等しい撮影値は、３つ以上の撮影値のうち最小であることがより好ましい。このように設定することで、画像に発生する色づきを最小限に抑えることができる。

また、本実施例では、システム制御部１１は、各画像の取得ごとに可変位相差板４の位相差を３つの撮影値（最小位相差Δψ_ｍｉｎ、最大位相差Δψ_ｍａｘ、およびその平均値（Δψ_ｍｉｎ＋Δψ_ｍａｘ）／２）に設定するが、本発明はこれに限定されない。可変位相差板４の位相差は印加電圧に応じて最小位相差Δψ_ｍｉｎ以上、最大位相差Δψ_ｍａｘ以下の範囲内で変更可能であるが、撮影値は最大位相差Δψ_ｍａｘと最小位相差Δψ_ｍｉｎのうち少なくともいずれか一方を含むことが好ましい。また、可変位相差板４の位相差は、最大位相差Δψ_ｍａｘと最小位相差Δψ_ｍｉｎの両方を含むことがより好ましい。これは、上述したように、最大位相差Δψ_ｍａｘまたは最小位相差Δψ_ｍｉｎに設定された場合の駆動制御性が中間値である位相差（中間位相差）に設定された場合の駆動制御性より優れているためである。また、最大位相差Δψ_ｍａｘまたは最小位相差Δψ_ｍｉｎに設定された場合の入射角度による位相差の変化も中間位相差に設定された場合の位相差の変化より少ないためである。

また、本実施例では、システム制御部１１は３つの撮影値に設定するが、本発明はこれに限定されない。例えば、システム制御部１１は、４回以上の撮影を実行するために、可変位相差板４の位相差を４つ以上の撮影値に設定してもよい。４回以上の撮影では撮影枚数が増加してしまうが、４回目以降の撮影情報を利用して素子の入射角度特性を補正する、波長特性を取得する、偏光取得精度を確認する等の効果を得ることができる。

ステップＳ１０６では、システム制御部１１は、撮像装置１００に露光を実行させる。ステップ１０７では、システム制御部１１は、所定時間の間に撮像装置１００に対する操作が実行されたかどうかを判定する。操作が実行されたと判定した場合は、ステップＳ１０１に戻り、操作が実行されていないと判定した場合は、本フローを終了する。本フローの終了後、撮像装置１００をそのままの状態にしておいてもよいが、本発明はこれに限定されない。例えば、撮像装置１００の電源を切ってもよいし、撮像装置１００の状態を消費電力を抑えるモード（スリープモード）に移行させてもよい。

以上説明したように、本実施例では、スイッチ１３が押されてからスイッチ１４が押されるまでの間、システム制御部１１は可変位相差板４の位相差を２０度以下である基準値に設定する。すなわち、システム制御部１１が撮影条件を設定する間、可変位相差板４の位相差は基準値に設定される。そのため、偏光取得手段７を通過した画像には波長分散に起因する色づきが発生せず、結果として色づきによる悪影響を受けることなく、ＡＦ、ＡＥおよびＡＷＢ（オートホワイトバランス）等の撮影条件を設定することができる。なお、ＡＦ、ＡＥおよびＡＷＢ等のように自動で撮影条件が設定される場合、スイッチ１３がオンされると、測光が実行された後、撮影条件が設定される。そのため、システム制御部１１は、測光が開始される前に可変位相差板４の位相差を基準値に設定しておくことが好ましい。

なお、撮影時に用いる位相差（撮影値）は撮影時に撮影者が毎回指定してもよいが、システム制御部１１が撮影回数をカウントし可変位相差板４の位相差を撮影回数に応じてあらかじめ決定された撮影値に順次設定してもよい。図７のフローチャートを参照して、このような制御方法について説明する。図７のフローチャートは、コンピュータに各ステップの機能を実行させるための制御プログラムとして具現化が可能である。図７の各ステップは、撮像装置１００とは別に設けられた制御装置により実行されてもよい。制御プログラムは、撮像装置１００の不図示の記録部にインストールされていてもよいし、撮像装置１００とは異なる制御装置内にインストールされていてもよい。また、制御プログラムは、例えば、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録されていてもよい。

図７のフローは、基本的には図６のフローと同様のため、図６のフローと異なる部分のみ説明する。ステップＳ２０１では、システム制御部１１は、撮影回数Ｎを１に設定する。ステップＳ２０２〜ステップＳ２０７は、図６のステップＳ１０１〜ステップＳ１０６に対応する。ステップＳ２０６では、システム制御部１１は、可変位相差板４の位相差を撮影回数Ｎに応じた撮影値に設定する。ステップＳ２０８では、システム制御部１１は、撮影回数ＮをＮ＋１に設定する。ステップＳ２０９は、図６のステップＳ１０７に対応する。ステップＳ２０９でシステム制御部１１がスイッチ１４が押されたと判定した場合、同様の動作が繰り返される。仮に、撮影回数Ｎがあらかじめ決定されている撮影値の数ｎを超えた場合、例えば、撮影回数Ｎがｎ＋１のときは撮影回数Ｎを１、撮影回数Ｎがｎ＋２のときは撮影回数を２とみなしてシステム制御部１１は図７のフローを実行すればよい。

以上説明したように、システム制御部１１が図７のフローを用いて撮像装置１００の動作を制御することで、撮影者が撮影ごとに撮影値を指定することなく可変位相差板４の位相差を設定することができるため、より短時間で複数の撮影を実行することができる。

また、システム制御部１１は、撮像装置１００が偏光情報の取得に必要な回数の撮影を実行するように制御してもよい。図８のフローチャートを参照して、このような制御方法について説明する。図８のフローチャートは、コンピュータに各ステップの機能を実行させるための制御プログラムとして具現化が可能である。図８の各ステップは、撮像装置１００とは別に設けられた制御装置により実行されてもよい。制御プログラムは、撮像装置１００の不図示の記録部にインストールされていてもよいし、撮像装置１００とは異なる制御装置内にインストールされていてもよい。また、制御プログラムは、例えば、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録されていてもよい。なお、システム制御部１１が図８のフローを実行する場合、あらかじめ偏光情報の取得に必要な撮影の回数ｎと、撮影回数に対応する撮影値は設定されている。

ステップＳ３０１〜ステップＳ３０４は、図６のステップＳ１０１〜ステップＳ１０４に対応する。ステップＳ３０５では、システム制御部１１は、撮影回数Ｎを１に設定する。ステップＳ３０６では、システム制御部１１は、可変位相差板４の位相差を撮影回数Ｎに応じた撮影値に設定する。ステップＳ３０７では、システム制御部１１は、撮像装置１００に露光を実行させる。ステップＳ３０８では、システム制御部１１は、撮影回数Ｎとあらかじめ設定された撮影の回数ｎを比較する。撮影回数Ｎが撮影の回数ｎより小さいと判定した場合はステップＳ３０９に進み、撮影回数Ｎが撮影の回数ｎと等しいと判定した場合は図６のステップＳ１０７に対応するステップＳ３１０に進む。ステップＳ３０９では、システム制御部１１は撮影回数ＮをＮ＋１に設定する。その後、可変位相差板４の位相差を撮影回数に応じた撮影値に設定した状態で撮像装置１００に露光を実行させる。

以上説明したように、システム制御部１１が図８のフローを用いて撮像装置１００の動作を制御することで、より簡単により短時間で偏光情報の取得に必要な撮影を実行することができる。

以上説明した方法で取得される複数の画像は、それぞれが異なる偏光情報を有するが画像処理等の演算処理を経ることなく、そのまま画像として用いることができる。ただし、可変位相差板４の位相差が大きい状態で取得した画像は、波長分散により本来被写体にはない色づきを伴う。よって、そのまま出力する場合の画像は、位相差が基準値に設定された場合に取得された画像であることが好ましい。

また、異なる偏光情報を有する画像間で演算処理を行うことで、画素単位で被写体の特徴をより強調した画像を取得することができる。例えば、取得したデータのうち最も光強度の小さい値のみで画像を生成、または最も光強度の大きい値のみで画像を生成することで、被写体の散乱光成分を強調した画像や、被写体からの正反射成分を強調した画像を取得することができる。なお、偏光の光強度の値とは、偏光取得手段７で得られた画像の直接の値でもよいし、偏光解析からの内挿または外挿の値でもよい。内挿、外挿とは、得られた偏光強度の差を強調または抑制するように、解析結果からの推定値を用いることを意味する。

このように被写体の物体情報を光学的に取得することで、その特徴量を強調または抑制した画像が得られる。また、これらの組合せにより、撮影者の意図に合った画像を生成することが可能となる。さらには、画像の領域ごとに異なる偏光情報もしくは強調効果を持たせた画像にしてもよい。例えば、主たる被写体と背景（例えば空など）に対して異なる偏光状態の画像を組み合わせることで、背景の色を均一化でき、また背景と主被写体それぞれを強調した画像を取得することができる。他にも被写体の偏光の強度依存性を利用した様々な処理を行うことにより、目的に則した画像を取得することができる。

以下、画像処理部１０が図６〜図８のいずれかのフローを用いて取得された３つ以上の画像から偏光情報を解析する方法について説明する。本実施例では、３つの画像を取得した場合について説明する。取得された画像はそれぞれ、画素ごとに輝度情報を有する。方位角φに対する輝度値Ｉ（φ）は、算出された輝度値Ｉ（φ）のうち最大輝度値をＩ_ＭＡＸ、最小輝度値をＩ_ＭＩＮ、最大輝度値Ｉ_ＭＡＸの方位角（最大方位角）をα（度）とすると、以下の式（２）で表わされる。

Ｉ（φ）＝（Ｉ_ＭＡＸ−Ｉ_ＭＩＮ）・ｃｏｓ^２（φ―α）＋Ｉ_ＭＩＮ （２）
各画像の所定の１画素の３つの輝度値を画像取得時の方位角に対してプロットし、最小二乗法を用いたフィッティングにより最大輝度値Ｉ_ＭＡＸ、最小輝度値Ｉ_ＭＩＮおよび最大方位角αが算出することで、輝度値Ｉ（φ）の変化を求めることができる。

図９は、所定の１画素の輝度値を最大透過角φ_０に対してプロットした図である。各画像での最大透過角φ_０は、撮影ごとに設定される撮影値（可変位相差板４の位相差）と式（１）から算出される。図９中の○は取得された輝度値、□は偏光情報（最大輝度値Ｉ_ＭＡＸ、最小輝度値Ｉ_ＭＩＮおよび最大方位角α）に基づいて算出された輝度値である。図９（ａ）は画素の輝度値をそのまま使用した図であり、図９（ｂ）は偏光取得手段７の透過率の影響を取り除いた画素の輝度値を使用した図である。図９（ａ）と図９（ｂ）に示されるように、偏光情報の取得過程における消光比の低下は、偏光取得手段７の透過率の影響を考慮することで一部キャンセルできる。

なお、本実施例では、撮像素子２は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各カラーフィルタを備えるため、各画像はＲＧＢの輝度情報を持つ。そのため、ＲＧＢそれぞれについて、各画素での偏光情報（最大輝度値Ｉ_ＭＡＸ、最小輝度値Ｉ_ＭＩＮおよび最大方位角α係数）を算出する。なお、ＲＧＢに対する最大透過角φ_０を算出する際の位相差には、各カラーフィルタにおいて透過率が最大となる波長における値を使用した。具体的には、各カラーフィルタの最大透過率波長（Ｒ＝６１０ｎｍ、Ｇ＝５３０ｎｍ、Ｂ＝４７０ｎｍ）での位相差Δψ（６１０ｎｍ）、Δψ（５３０ｎｍ）、Δψ（４７０ｎｍ）を使用する。そして、各位相差を用いて最大透過角φ_０（６１０ｎｍ）、φ_０（５３０ｎｍ）、φ_０（４７０ｎｍ）を算出する。この値を用いることで、位相差の波長分散の影響を抑制し、より精度の高い偏光情報を取得することができる。

画像処理部１０は、算出した偏光情報（最大輝度値Ｉ_ＭＡＸ、最小輝度値Ｉ_ＭＩＮおよび最大方位角α）を用いて画像を生成する。図１０は、各画素の輝度値ＩをＩ＝Ｉ_ＭＩＮ＋ｘ・Ｉ_ＭＡＸ（ｘ＝０、０．５、１．０、１．５）として各画像を合成した画像である。画像処理部１０は、図１０に示されるように、偏光情報のうち最大輝度値Ｉ_ＭＡＸと最小輝度値Ｉ_ＭＩＮを用いて表面のテカリ感の異なる合成画像を生成することができる。図１１は、各画素の輝度値ＩをＩ＝（Ｉ_ＭＡＸ−Ｉ_ＭＩＮ）・ｃｏｓ^２（φ_ｘ−α）＋Ｉ_ＭＩＮ（Φ_ｘ＝０度、３０度、６０度、９０度、１２０度、１５０度）として各画像を合成した画像である。画像処理部１０は、図１１に示されるように、取得した偏光情報（最大輝度値Ｉ_ＭＡＸ、最小輝度値Ｉ_ＭＩＮおよび最大方位角α）を用いて任意の透過軸方向の合成画像、つまり、撮影時に取得していない透過軸方向の合成画像を撮像後に生成することができる。なお、画像処理部１０が生成する合成画像はカラー画像であるが、図１０および図１１では合成画像を白黒に変換して示している。また、記録部９が合成画像を保存してもよい。

また、本実施例では、画像処理部１０が偏光情報の算出、および偏光情報を使用した画像の合成を実行するが、撮像装置１００とは異なる情報処理装置を用いてこれらの処理を実行してもよい。

撮影者が任意に撮影条件を設定するマニュアルモードでは、通常、撮影中（露出中）を除いたほぼすべてのタイミングで撮影条件を設定することができる。そのため、マニュアルモードの場合、撮影中を除く撮影者が撮影条件を設定可能な間、可変位相差板４の位相差を基準値に設定しておくことが好ましい。

本実施例の撮像装置１００の構成は、実施例１と同様である。以下、図１２のフローチャートを参照して、システム制御部１１により実行される撮像装置１００による撮像の制御方法について説明する。図１２は、制御方法を示すフローチャートである。図１２のフローチャートは、コンピュータに各ステップの機能を実行させるための制御プログラムとして具現化が可能である。図１２の各ステップは、撮像装置１００とは別に設けられた制御装置により実行されてもよい。制御プログラムは、撮像装置１００の不図示の記録部にインストールされていてもよいし、撮像装置１００とは異なる制御装置内にインストールされていてもよい。また、制御プログラムは、例えば、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録されていてもよい。

ステップＳ４０１では、システム制御部１１は、位相差設定部６を介して可変位相差板４の位相差を２０度以下である基準値に設定する。ステップＳ４０２では、システム制御部１１は、スイッチ１３が押されたかどうかを判定する。スイッチ１３が押されたと判定した場合、ステップＳ４０３に進み、スイッチ１３が押されていないと判定した場合、ステップＳ４０８に進む。ステップＳ４０３では、システム制御部１１は、撮影条件を設定する。ステップＳ４０４では、システム制御部１１は、スイッチ１４が押されたかどうかを判定する。スイッチ１４が押されたと判定した場合、ステップＳ４０５に進み、スイッチ１４が押されていないと判定した場合、ステップ４０８に進む。ステップＳ４０５では、システム制御部１１は、位相差設定部６を介して可変位相差板４の位相差を撮影値に設定する。ステップＳ４０６では、システム制御部１１は、撮像装置１００に露光を実行させる。ステップＳ４０７では、システム制御部１１は、位相差設定部６を介して可変位相差板４の位相差を基準値に設定する。ステップ４０８では、システム制御部１１は、所定時間の間に撮像装置１００に対する操作が実行されたかどうかを判定する。操作が実行されたと判定した場合は、ステップＳ１０１に戻り、操作が実行されていないと判定した場合は、本フローを終了する。

以上説明したように、本実施例では、撮影条件の設定が終了した後から撮像装置１００の露光が終了するまでの間、すなわち露光中を除いて、システム制御部１１は可変位相差板４の位相差を基準値に設定する。したがって、撮影中を除いて偏光取得手段７を通過した画像には波長分散に起因する色づきが発生せず、結果としてファインダー像やライブビュー画像に本来ない色づきが発生することがない。そのため、撮影者がファインダー像やライブビュー画像から違和感を得ることなく撮影することができる。

また、システム制御部１１は、撮影回数をカウントし可変位相差板４の位相差を撮影回数に応じてあらかじめ決定された撮影値に順次設定してもよいし、撮像装置１００が偏光情報の取得に必要な回数の撮像を実行するように制御してもよい。図１３と図１４は、それぞれの制御方法を示すフローチャートである。図１３および図１４に示されるように、いずれの制御方法でも露光中を除いて、可変位相差板４の位相差が基準値に設定されている。なお、図１４では、スイッチ１４が押されてから偏光情報の取得に必要な回数の撮影が終了するまでを露光中としている。システム制御部１１がこれらの制御方法を用いて撮像装置１００の動作を制御することで、より短時間で偏光情報の取得に必要な撮影を実行することができる。

本実施例では、光学ローパスフィルタ等が配置された場合に生じる影響を考慮した撮像装置５００について説明する。実施例１と重複する構成については、説明を省略する。

一般に、デジタル一眼レフカメラ等の撮像装置では、モアレや偽色防止のため撮像素子の近傍に光学ローパスフィルタが配置される。実施例１で説明した構成を用いても、撮像素子２の手前に配置された光学ローパスフィルタやオートフォーカス手段に偏光依存性が存在する場合、被写体の偏光情報を正しく取得できない場合がある。また、偏光取得手段７を単に光学ローパスフィルタとレンズの間に配置すると、偏光取得手段７の影響により光学ローパスフィルタとしての所望の効果が得られない場合がある。

図１５は、光学ローパスフィルタ２４を有する撮像装置５００の概略図を示す。光学ローパスフィルタ２４には、複屈折媒質が複数層積層されたものや偏光回折素子などの偏光特性を利用したものが用いられる。

上述のような光学ローパスフィルタ等が配置された場合に生じる弊害に対し、本実施例では、偏光板５と光学ローパスフィルタ２４の間にアクロマチックλ／４板（アクロマチック位相差板、第３の位相差板）２３を挿入し円偏光に変換する。通常のλ／４板を挿入することとしてもよいが、λ／４板には波長分散があり使用波長域全域で均一な円偏光とならず、波長による位相ズレが色の変化として画像に表れる可能性がある。そのため、挿入するλ／４板としては、使用波長域（例えば、可視波長域）において位相差が最小となるように設計されたアクロマチックλ／４板が望ましい。また、それ以外の対策として、光学ローパスフィルタ２４の最も偏光取得手段７に近い層（積層構造となっている場合）の光分離方向と偏光板５の透過軸方向とが４５度をなすように配置してもよい。この場合も、光学ローパスフィルタの特性と偏光取得手段７の特性を両立できる。いずれの対策を用いてもよいが、後者の方が簡易である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの辞し形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

なお、可変位相差板４の位相差に示されるλは、一般的な撮像装置の使用波長域は可視域（４００〜７００ｎｍ）であるため、そのような波長であればよく、例えば中心波長５５０ｎｍとすればよい。または、撮像装置の使用波長域が赤外域（７００ｎｍ〜１１００ｎｍ）の場合は赤外域内の波長であればよく、例えば波長９００ｎｍとすればよい。その両方を含む場合には、可視域または赤外域内の波長であればよく、例えば波長７５０ｎｍとすればよい。

１００ 撮像装置
２ 撮像素子
１１ システム制御部（制御手段）

Claims (22)

1. 被写体からの光に与える位相差を変更して得られた複数の画像に基づいて偏光情報を取得する撮像装置であって、
   前記位相差を−９０度以上９０度以下である基準値に設定した状態で撮影条件を設定する制御手段を有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記撮影条件は、露出に関する設定条件、ホワイトバランスに関する設定条件、発光手段に関する設定条件、およびフォーカスに関する設定条件のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記制御手段は、前記被写体からの光の偏光状態に応じて該光の光量を変化させることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 前記制御手段は、撮影が行われていない間に前記位相差を前記基準値に設定することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 前記制御手段は、前記位相差を撮影ごとに異なる撮影値に設定することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記制御手段は、前記位相差を三つ以上の撮影値に設定することを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
7. 前記三つ以上の撮影値のうちの一つは、前記基準値と等しいことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
8. 前記基準値と等しい撮影値は、前記三つ以上の撮影値のうちの最小値であることを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
9. 前記三つ以上の撮影値は、前記位相差の変更可能な範囲のうち最大値と最小値の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の撮像装置。
10. 前記基準値は、−４５度以上４５度以下であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の撮像装置。
11. 前記基準値は、前記位相差の変更可能な範囲のうちの最小値であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
12. 前記制御手段からの制御信号に基づいて前記位相差を変更可能な可変位相差板を有することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
13. 前記可変位相差板は、電圧の印加に応じて前記位相差を変更可能な液晶層を備えることを特徴とする請求項１２に記載の撮像装置。
14. 前記位相差は、前記液晶層に電圧が印加されていない場合、前記位相差の変更可能な範囲のうちの最小値であることを特徴とする請求項１３に記載の撮像装置。
15. 前記可変位相差板よりも前記被写体の側に配置され、遅相軸方向の偏光成分と進相軸方向の偏光成分との間にπ／２（ｒａｄ）の相対位相差を与える位相差板を有することを特徴とする請求項１２から１４のいずれか１項に記載の撮像装置。
16. 前記可変位相差板よりも像側に配置され、撮像素子に導く偏光成分を抽出する偏光板を有することを特徴とする請求項１２から１５のいずれか１項に記載の撮像装置。
17. 前記可変位相差板よりも像側に配置され、撮像素子に導く偏光成分を抽出する偏光板を有し、前記位相差板の遅相軸方向または進相軸方向は、前記偏光板が抽出する偏光成分の偏光方向に対して平行であり、前記可変位相差板の遅相軸方向または進相軸方向は、前記偏光方向に対して４５度だけ傾いていることを特徴とする請求項１５項に記載の撮像装置。
18. 請求項１から１１のいずれか１項に記載の撮像装置に対して着脱可能な光学装置であって、前記制御手段からの制御信号に基づいて前記位相差を変更可能な可変位相差板を有することを特徴とする光学装置。
19. 被写体からの光に与える位相差を変更して得られた複数の画像に基づいて偏光情報を取得する撮像装置を制御する制御装置であって、
    前記位相差を−９０度以上９０度以下である基準値に設定した状態で前記撮像装置の撮影条件を設定することを特徴とする制御装置。
20. 被写体からの光に与える位相差を変更して得られた複数の画像に基づいて偏光情報を取得する撮像装置の制御方法であって、
    前記位相差を−９０度以上９０度以下である基準値に設定した状態で前記撮像装置の撮影条件を設定するステップを有することを特徴とする制御方法。
21. 請求項２０に記載の制御方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
22. 請求項２１に記載のプログラムが記録されたことを特徴とするコンピュータが読み取り可能な記録媒体。