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JP4252252B2 - Imaging device - Google Patents

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JP4252252B2
JP4252252B2 JP2002094593A JP2002094593A JP4252252B2 JP 4252252 B2 JP4252252 B2 JP 4252252B2 JP 2002094593 A JP2002094593 A JP 2002094593A JP 2002094593 A JP2002094593 A JP 2002094593A JP 4252252 B2 JP4252252 B2 JP 4252252B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、放射される電磁波により目標物体を撮像、検知する撮像装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
撮像装置とは、被写体より放射、反射される電磁波を結像レンズを用いて集光することにより形成した像を検知する装置である。
この装置により得られた画像は、例えば背景から目標を検知するために使用されるが、このとき目標と背景とのコントラストが大きい方が両者を容易に弁別できる。画像の明るさは電磁波の入射量に応じて大きくなるため、目標と背景とのそれぞれの入射量における差が小さい場合にはコントラストが小さくなり、目標の検出が困難となる。
このような電磁波の入射量に差がない場合でも目標と背景とのコントラストを高くする手段として、偏光特性の利用があげられる。
【0003】
図22は特開昭62−259112号公報に記載された撮像装置の光路図である。
この図において、2aは被写体である目標からの電磁波を集光し像を形成する透過光結像レンズ、3は透過光結像レンズ2aにより得られた像を検出し電気信号に変換する検出器、4は検出器3からの信号を処理する信号処理装置である。
19は透過光結像レンズ2aの目標側に設けられ入射光線を直交する偏光成分を吸収することで平面偏光する偏光フィルタ、20は内部に偏向フィルタ19を収納した回転装置で、偏光フィルタ19を回転させる機能を有する。
なお、図中、矢印記号は電磁波の振動方向が地平面と平行な偏光方向を示し、丸印内に×印が示された記号は電磁波の振動方向がそれと直交する偏光方向を示している。
【0004】
目標および背景の偏光特性は、その材質、表面状態などの物理特性の違いから、一般に異なっている。
例えば、電磁波として赤外線を用い、目標をほぼ黒体と見なせる物体、背景を太陽光線を反射する水面とした場合、目標からの赤外線は特定の偏光面を持たないのに対し、背景からの反射赤外線はある方向に部分偏光している。そのため、赤外線が検出器3に達する前に、部分偏光している背景からの反射赤外線は偏光フィルタ19によってその直交する偏光成分を減衰されるため、目標とのコントラストが高くなる。
【0005】
この例では、背景からの反射赤外線の偏光面は事前には不明なため、図23に示すように、回転装置20の駆動により偏光フィルタ19を回転させながら時間平均することにより減衰させている。
なお、背景からの反射赤外線の偏光面を検出する装置を設け、その装置で検出した背景の偏光面と概ね直交するように偏光フィルタ19を回転させることで、背景からの反射赤外線量を減少させるようにしてもよい。
【0006】
偏光特性の違いにより目標検出を行うには、偏光の大きさを表すパラメータである偏光度を用いるとよい。
「光学技術ハンドブック」朝倉書店(1997.4.1)などによれば、部分的に平面偏光した光線の偏光度Pは、回転する偏光フィルタ19を透過した強度の最大値Imaxと、これと直交する平面偏光の成分である最小値Iminから偏光度P=(Imax−Imin)/(Imax+Imin)として求められる。つまり、偏光フィルタ19を回転させることで、図23に示すように、偏光フィルタ19の回転に対する出力が変動し、その値から偏光度Pを計算することで、目標と背景の偏光特性の違いが現れ、両者のコントラストを大きくすることができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の撮像装置では、背景などの偏光方向に対して偏光フィルタ19を平行あるいは直交するために偏光フィルタ19を回転する必要があり、撮像をする上で時間がかかってしまうという問題点があった。
また、少なくとも90°偏光フィルタ19を回転させるための機構が必要となり、回転装置20が複雑で、かつ装置全体が大きくなってしまうという問題点もあった。
【0008】
また、背景からの偏光面を検出する検出装置を用い、その検出装置から得られた偏光面に対して直交するように偏光フィルタ19を回転させる撮像装置の場合には、その検出装置が別途必要になるという問題点もあった。
【0009】
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、目標の検出性能がほとんど低下することなく短時間で撮像を行うことができる等の撮像装置を得ることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この発明の撮像装置は、射する光線を互いに直交した平面偏光に分離する偏光子と、上記偏光子で分離された上記平面偏光のそれぞれに対して像を形成する結像レンズを含む光学系と、上記光学系により形成された2つの像をそれぞれの像に対応する電気信号に変換する検出器と、上記検出器により変換された電気信号を処理する信号処理装置とを備えた撮像装置であって、上記偏光子は、上記平面偏光の方向が地平面と平行な方向もしくは地平面と直交する方向になるように配置されており、傾き検知手段により上記地平面に対する傾きが検知されるとともに、上記傾きを補正する傾き補正手段により上記平面偏光が地平面に対して平行、または地平面と垂直になるように補正し、上記2つの像のそれぞれに対応する上記電気信号同士の差に基づいて背景から目標を弁別する
【0011】
この発明の撮像装置は、結像レンズを含む光学系と、上記光学系および偏光子により形成された像を電気信号に変換する検出器と、上記検出器により変換された電気信号を処理する信号処理装置とを備えた撮像装置であって、上記偏光子は、当該偏光子に入射する光線を互いに直交する平面偏光成分に分離し、上記平面偏光の方向が地平面と平行な方向もしくは地平面と直交する方向になるように配置されており、上記光学系と上記偏光子とによって上記分離された平面偏光成分のそれぞれに対応した2つの像が形成され、傾き検知手段により上記地平面に対する傾きが検知されるとともに、上記傾きを補正する傾き補正手段により上記平面偏光が地平面に対して平行、または地平面と垂直になるように補正し、上記2つの像のそれぞれに対応する上記電気信号同士の差に基づいて背景から目標を弁別する。
【0012】
この発明の撮像装置は、入射する光線を2分割するプリズムと、上記2分割された上記光線の一方を透過させて平面偏光に偏光する第1偏光子部と、上記2分割された上記光線の他方を透過させて上記平面偏光に対して直交した平面偏光に偏光する第2偏光子部と、上記第1偏光子部および上記第2偏光子部をそれぞれ透過した上記一方の光線および上記他方の光線のそれぞれに対応する2つの像を形成する結像レンズを含む光学系と、上記光学系により形成された2つの像をそれぞれの像に対応する電気信号に変換する検出器と、上記検出器により変換された電気信号を処理する信号処理装置とを備えた撮像装置であって、上記第1偏光子部および上記第2偏光子部は、上記平面偏光の方向が地平面と平行な方向もしくは地平面と直交する方向になるように配置されており、傾き検知手段により上記地平面に対する傾きが検知されるとともに、上記傾きを補正する傾き補正手段により上記平面偏光が上記地平面に対して平行、または上記地平面と垂直になるように補正し、上記2つの像のそれぞれに対応する上記電気信号同士の差に基づいて背景から目標を弁別する
【0013】
この発明の撮像装置は、入射する光線を2分割するミラーと、上記2分割された上記光線の一方を透過させて平面偏光に偏光する第1偏光子部と、上記2分割された上記光線の他方を透過させて上記平面偏光に対して直交した平面偏光に偏光する第2偏光子部と、上記第1偏光子部および上記第2偏光子部をそれぞれ透過した上記一方の光線および上記他方の光線のそれぞれに対応する2つの像を形成する結像レンズを含む光学系と、上記光学系により形成された2つの像をそれぞれの像に対応する電気信号に変換する検出器と、上記検出器により変換された電気信号を処理する信号処理装置とを備えた撮像装置であって、上記第1偏光子部および上記第2偏光子部は、上記平面偏光の方向が地平面と平行な方向もしくは地平面と直交する方向になるように配置されており、傾き検知手段により地平面に対する傾きが検知されるとともに、上記傾きを補正する傾き補正手段により上記平面偏光が上記地平面に対して平行、または上記地平面と垂直になるように補正し、上記2つの像のそれぞれに対応する上記電気信号同士の差に基づいて背景から目標を弁別する
【0014】
この発明の撮像装置は、入射する光線から像を形成する光学系であって、偏光方向により異なる屈折率を有する複屈折材料で構成され、かつ上記複屈折材料の異常光軸が地平面と平行な方向もしくはそれと垂直に配置された結像レンズを含む光学系と、上記光学系により形成された上記異常光軸に平行な偏光成分と垂直な偏光成分とに対応する2つの像をそれぞれに対応する電気信号に変換する検出器と、上記検出器により得られた電気信号を処理する信号処理装置とを備えた撮像装置であって、上記2つの像のそれぞれに対応する上記電気信号同士の差に基づいて背景から目標を弁別する
【0024】
この発明の撮像装置は、物体より入射する光線から像を形成するとともに偏光方向により異なる屈折率を有する複屈折材料で構成された結像レンズを含む光学系と、上記光学系により形成された像を電気信号に変換する検出器と、上記検出器により得られた電気信号を処理する信号処理装置とを備えた撮像装置において、上記結像レンズは、異常光軸が地平面と平行な方向もしくはそれと垂直な方向に配置されている。
【0043】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の各実施の形態について説明するが、各実施の形態において、同一、または相当部材、部位については、同一符号を付して説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1である撮像装置の光路図である。 図1において、1は地平面と平行な偏光成分を透過し、それと直交する偏光成分を反射する偏光子、2aは偏光子1を透過した電磁波を集光し、像を形成する透過光結像レンズ、3aは透過光結像レンズ2aによって形成された像を検出し、電気信号に変換する透過光検出器、2bは偏光子1で反射した電磁波を集光し、像を形成する反射光結像レンズ、3bは反射光結像レンズ2bによって形成された像を検出し、電気信号に変換する反射光検出器、4は透過光検出器3aおよび反射光検出器3bから得られた電気信号を処理する信号処理装置である。
【0044】
上記偏光子1は、偏光子の方向に直交する偏光成分に関しては反射する必要があるが、このような条件を満足する偏光子として、ワイヤーグレーティング、偏光プリズム、複屈折材料を用いた干渉フィルタ等がある。
【0045】
なお、図中、透過光結像レンズ2aおよび反射光結像レンズ2bは1枚のレンズとして示したが、勿論複数レンズであってもよいし、反射鏡等同様に光線を結像する機能を備えたものであればよい。また、矢印記号は電磁波の振動方向が地平面と平行な偏光方向を示し、丸印内に×印が示された記号は電磁波の振動方向がそれと直交する偏光方向を示している。
【0046】
上記構成の撮像装置では、偏光子1により、被写体からの光線のうち地平面に水平な偏光成分が透過光検出器3aで像として検出され、それと直交する偏光成分が反射光検出器3bで検出される。
そして、信号処理装置4で、透過光検出器3aからの信号と反射光検出器3bからの信号とを加える信号処理を行うことにより、偏光子が用いられていない撮像装置と同様に、輝度情報を得ることができる。
また、透過光検出器3aと反射光検出器3bとからの信号の差を取ることにより、光線が偏光しているかを知ることができる。つまり、光線が偏光していないときには、信号の差の値はゼロとなる。
【0047】
この透過光検出器3aおよびこの反射光検出器3bは、偏光子1で互いに直交、分離した平面偏光を同時に検出しており、短時間で撮像することができる。また、2つの検出器3a、3bによる検出画像の間に時間的なずれがなく、被写体および撮像環境の時間変化の影響を受けない。
【0048】
ここで、被写体からの光線について、偏光している光強度成分をIp、偏光していない光強度成分をIn、偏光成分の偏光面と偏光子1の偏光方向のなす角をθ(0°≦θ<180°)とする。なお、ここでは偏光子1を透過した光線の電界ベクトルの振動する方向を偏光方向とよぶ。このとき、透過光検出器3aの信号量はIa=A[In/2+Ip(cosθ)]、反射光検出器3bの信号量はIb=A[In/2+Ip(sinθ)]となる(Aは定数)。したがって、透過光検出器3aと反射光検出器3bとの信号量差はΔI=Ia−Ib=A・Ip・Cos2θとなる。つまり、θ=0°、90°の時にはΔIが最大となりもっともS/N比が高くなるが、θ=45°,135°の時にはたとえ光線が偏光していても無偏光となってしまう。このことから、偏光情報を高精度に得るためにはθ≒0°,90°の条件で撮像を行う必要がある。
【0049】
ところで、物体からの放射、反射される光線の偏光成分における偏光面は、一般に、反射の時には物体表面に平行に、放射の時には垂直に現れる。したがって、上記の通り偏光子1の偏光方向を物体面と平行あるいは垂直にすることで、偏光情報を高精度に得ることができる。
一般に、偏光特性を高く示す水面や建造物・車両などの人工物は、地平面とほぼ平行な面や垂直壁面を多く持っている。このため、偏光子1の偏光方向を地平面と平行あるいは垂直に配置することで、偏光情報を高精度に得ることができる。
【0050】
なお、上記実施の形態では、地平面に平行な偏光成分を透過する方向の偏光子1を配置したが、それと垂直な偏光成分を透過するように偏光子を配置しても同様の効果が得られることは勿論である。
【0051】
上記の実施の形態では、偏光特性の評価方法として透過光検出器3aと反射光検出器3bとの信号量差ΔIを用いたが、これを透過光検出器3aと反射光検出器3bとの信号量の和で信号量差ΔIを割り算して規格化した値で評価してもよい。つまり、ε=(Ia−Ib)/(Ia+Ib)を偏光特性の評価値として用いてもよい。信号量差ΔIの大きさは偏光している光強度成分Ipに比例し、また輝度によって変化するが、εの大きさは常に−1≦ε≦1に正規化されるため、輝度の大きさに影響を受けない評価ができる。
また、透過光検出器3aおよび反射光検出器3bによる信号量を図2のように2次元でのグラフを用いて評価を行うことも有効である。2次元グラフ上では輝度特性および偏光特性が同時に評価できるため、2つの特性を用いた弁別・分類が容易にできる。
【0052】
実施の形態2.
図3はこの発明の実施の形態2による撮像装置を示した光路図である。
この実施の形態では、物体から入射する光線に対して像を形成する結像レンズ2dを含む光学系が、偏光子1の入射側に設けられている。他の構成要素は実施の形態1と同様である。
この実施の形態2の撮像装置では、偏光子1を結像レンズ2dの射出側に配置することで、結像レンズ2dは、偏光子1の透過光線、反射光線の2つを共有しており、部品点数を削減できる。また、偏光子1には結像レンズ2dで集光された電磁波が入射するので、偏光子1が小型化され、部品点数の削減と相俟って撮像装置が小型化される。
【0053】
ところで、上記実施の形態2において、例えば偏光子1に平板を用いた場合には、偏光子1に平行光線が通る実施の形態1と異なり、偏光子1内を通る光線の光路長が部位によって異なり、検出器3a、3b上に形成する像に収差が発生する。このため、図4に示すように楔形状の偏光子51を用いることで、検出器3a、3b上に形成される像の収差を小さくすることができる。なお、楔形の偏光子51の影響で透過光検出器3aで形成される像面は傾きを持つおそれがあるが、これに対しては、反射光検出器3aを傾けて光路長の差を小さくすることで、像面の傾きを小さくしている。
【0054】
また、主光線の偏光子1への入射、偏光子1からの射出時に常に偏光子1の各面が垂直となる形状にすることで収差を抑えることができる。
図5はこのようにして収差を小さくした偏光子1の一例である。この偏光子1は、内部に偏光子面21を有した直方体であり、偏光子面21は、直方体の対向した2面に対しては垂直であり、他の4面に対してなす角度は45度である。偏光子面21は入射光線を互いに直交し、一方が透過する平面偏光と、他方が反射する平面偏光に分離する機能を有している。このとき、主光線の偏光子1への入射、偏光子1からの射出時には常に各面が垂直なので平行平板に入射するのと同等であり、検出器3a、3bでの収差はほとんど発生しない。
なお、上記構成でも高次の収差が発生するが、その影響は偏光子の面を非球面化することで低減することができる。
【0055】
実施の形態2では、偏光子1を結像レンズ2dの後方に置く構成としたが、図6に示すように光学系2の内部に偏光子1を設けても同様に、部品点数の削減、小型化の効果が得られる。
このとき、周辺光線が主光線に対して平行に近い領域に偏光子1を配置することで、上述の偏光子1の挿入により発生する収差を小さくすることができる。
特に、偏光子1より前方の結像レンズ2dをアフォーカルレンズとした場合には、偏光子1を透過、反射する光束は平行光線であり、結像レンズ2dに入射する光束よりも細い光束となる。その結果、収差の発生がまったく起こらず、偏光子1を小型化することができる。
【0056】
実施の形態3.
図7はこの発明の実施の形態3による撮像装置の光路図である。6は視野絞り7を備えた前段レンズ、8はプリズムであり、瞳の位置で光線を2つに分離している。1aは第1偏光子部、1bは第2偏光子部であり、第1偏光子部1aは入射する光線のうち地平面に平行な偏光成分のみを透過し、第2偏光子部1bはそれと直交する偏光成分のみを透過し、それぞれには実施の形態1、2と異なり、入射する成分を反射する機能は必要ない。即ち、第1偏光子部1aと第2偏光子部1bとを組み合わせたものが実施の形態1、2の偏光子1に相当する。
【0057】
実施の形態3の撮像装置では、被写体からの入射光線は前段レンズ6の内部にある視野絞り7の位置で一度像を形成する。そのあと、前段レンズ6を射出する段階で再び平行光線に戻し、プリズム8に入射する。プリズム8で光線は2つに分割され、それぞれ第1偏光子部1a、第2偏光子部1bにより地平面に平行な成分とそれに直交する成分だけを取り出す。そして、分割された2つの光線は透過光結像レンズ2aを通過して同じ透過光検出器3a上の異なる領域に像を形成し、透過光検出器3aでは2つの像が同時に電気信号に変換される。得られた地平面に平行な偏光成分とそれと直交する偏光成分の電気信号から、輝度情報および偏光情報が得られるのは、実施の形態1と同様である。
【0058】
実施の形態3では透過光検出器3aを地平面に平行な偏光成分とそれと直交する偏光成分の2つの光線の像で共有することにより、部品点数を削減でき、撮像装置を小型化することができる。
【0059】
なお、上記実施の形態3ではプリズム8を用いて光線を2つに分割したが、同様のことはミラーを用いても可能である。プリズムは電磁波に対し透過材料でなければならず材料が制限されるのに対し、ミラーは反射膜をコーティングできれば母材の光学特性を問わないため、選択の幅が広いというメリットがある。
また、上記実施の形態ではプリズム、ミラーと偏光子とは別部品としたが、一体化してもよい。例えば、図7でプリズム8が偏光子部1a、1bと対向した面に偏光機能を持たせることで、一体化が可能である。プリズムと偏光子部とを一体化することにより、部品点数が削減され、撮像装置が小型化される。
【0060】
実施の形態4.
図8はこの発明の実施の形態4による撮像装置の光路図である。9は偏光子1の後方に設けられたミラーであり、偏光子1の向きは、当然地平面と平行方向もしくはそれと直交する方向に配置している。
実施の形態4の撮像装置では、入射光線のうち地平面と平行な偏光成分は偏光子1を透過し、それと直交する光線は反射して結像レンズ2eにより検出器3上に像を形成する。透過した光線はミラー9で反射し再び偏光子1を透過後、結像レンズ2eに入射するが、このとき、ミラー9に設けた角度により反射光とは異なる角度で結像レンズ2eに入射する。そのため、反射光とは異なる位置で検出器3上に像を形成するので、実施の形態3と同様、2つの像を1つの検出器3で検出することができる。
【0061】
上記実施の形態3の撮像装置では瞳の光線を半分に分けてから偏光したため半分の光線が失われるのに対して、この実施の形態4では偏光によって光線を2つに分けているので、光線損失が無く、実施の形態3の2倍の信号量が得られる。
なお、この実施の形態では透過光をミラー9で反射する構成を示したが、反射光をミラーで反射して結像レンズに光線を導く構成としてもよい。
【0062】
実施の形態5.
図9はこの発明の実施の形態5による撮像装置の光路図である。10は前段レンズ6と結像レンズ2dとの間に設けられた複屈折部材で、偏光方向により異なる屈折率を持つプリズムとしての機能を有する。この複屈折部材10は、自然に存在する一軸結晶や二軸結晶を用いることもできるし、微細構造を積層して人工的に作成したフォトニック結晶を用いてもよい。
【0063】
実施の形態5の撮像装置では、複屈折部材10は入射光線に対して地平面に平行な偏光成分とそれと垂直な偏光成分で異なる屈折率を表すプリズムとなるように配置されている。そのため、入射光線は複屈折部材10で2つの偏光成分に分割され、実施の形態3と同様の効果が得られる。
このとき、上記の実施の形態3では瞳の光線を半分に分けてから偏光したため半分の光線が失われるのに対して、この実施の形態5では偏光によって光線を2つに分けているので光線損失が無く、実施の形態3の2倍の信号量が得られる。
【0064】
実施の形態6.
図10はこの発明の実施の形態6による撮像装置の光路図である。この撮像装置は、物体より入射する光線から像を形成するとともに偏光方向により異なる屈折率を有する複屈折材料で構成された複屈折結像レンズ2cを含む光学系と、この光学系により形成された像を電気信号に変換する検出器3と、検出器3により得られた電気信号を処理する信号処理装置4とを備えている。
複屈折レンズ2cは、自然に存在する一軸結晶や二軸結晶を用いることもできるし、微細構造を積層して人工的に作成したフォトニック結晶を用いてもよい。
【0065】
実施の形態6の撮像装置では、複屈折結像レンズ2cは入射光線に対して地平面に平行な偏光成分とそれと垂直な偏光成分で異なる屈折率を表すレンズとなるように配置されている。そのため、入射光線は2つの偏光成分で焦点距離が異なり、像を形成する面も光軸上で前後する。
したがって、例えば検出器3を前後に移動させながら像を検出すると、2つの偏光方向に対する像強度が時間的に順番に電気信号として得られる(図11)。この電気信号の最大値と最小値が2つの偏光方向に対応する像強度である。
【0066】
そこで、この電気信号を直接解析して最大値および最小値を求め、上記の実施の形態1と同様に信号処理を行うことでも輝度、偏光情報を得ることが可能であるが、例えばこの信号から電気的に変動成分(AC成分)を求めることで偏光特性(Ia−Ib)を得ることができる。また、積分や平均をとり無変動成分(DC成分)を求めることで輝度情報(Ia+Ib)を得ることができる。
また、ここで用いている検出器3の移動は通常レンズの合焦のために使われる機構をそのまま用いることができ、新たな機構を必要としない。
【0067】
実施の形態7.
図12はこの発明の実施の形態7による撮像装置の光路図である。11は撮像装置に取り付けられ地平面に対する傾きを求めることができる傾き検知手段であるジャイロセンサ、12はジャイロセンサ11に接続され撮像装置の傾きを補正する傾き補正手段である姿勢制御装置で、ジャイロセンサ11により得られた地平面に対する傾き情報を基に、偏光子1の偏光方向が地平面と平行またはそれと直交するように撮像装置の姿勢を調整する。
【0068】
上記実施の形態1で説明したとおり、偏光子1の偏光方向は地平面に対して平行もしくはそれと直交する方向でなければ、偏光特性の取得データに対するS/N比が低下する。このため、実施の形態7ではジャイロセンサ11と姿勢制御装置12を用いて偏光子1の偏光方向が地平面に対して常に平行もしくはそれと直交する方向となるように調整することで、常に高いS/N比でデータ取得ができるようにしている。偏光子1の偏光方向は、地平面に平行あるいはそれと直交であればいいので、姿勢制御装置12の調整角度範囲は45°以下でよい。
【0069】
なお、上記実施の形態では撮像装置の傾きを求めるためにジャイロセンサを用いたが、例えば傾き検知手段である重力センサ(加速度センサ)により鉛直方向を知ることで傾きを求めてもよい。また、撮像装置による画像の地平面の地平線や水平面の水平線などを用いて傾きを求めることもできる。
上記実施の形態では撮像装置全体の姿勢を姿勢制御装置を用いて制御することで偏光子1の偏光方向を地平面に平行に調整したが、偏光子1、透過光結像レンズ2aおよび透過光検出器3aに対して角度を調節するだけでも同様の効果が得られる。あるいは偏光子1のみを回転する傾き補正手段である回転機構を用いることで偏光子1の角度を調節するようにしてもよい。
【0070】
実施の形態8.
図13はこの発明の実施の形態8による撮像装置の光路図である。18は傾き補正手段である像回転装置であり、撮像装置の撮像する像を任意の角度で回転する機能を持つ。一般に、像回転装置18はプリズムで構成されている。
この実施の形態8では傾き検知手段であるジャイロセンサ11で得られた地平面に対する撮像装置の傾き情報を基に、像回転装置18を用いて偏光子1による光線の偏光方向が地平面と常に平行になるように角度を補正して撮像する。このことにより、実施の形態7と同様に常に高いS/N比でデータ取得ができるようになる。なお、地平面の角度を求める手段がジャイロセンサ11以外でもいいのは、上記実施の形態7と同様である。
なお、上記像回転装置18には入射光線の方向を変え、撮像する領域を任意に選択するスキャナの機能を持たせることもできる。
【0071】
実施の形態9.
図14はこの発明の実施の形態9による撮像装置の光路面図である。この実施の形態では、被写体からの光線が偏光子1に入射されて反射する方向と反対側の方向には、無放射な無放射体13が配置されている。この無放射体13から放射、反射される電磁波は無視できるほど少ない。
【0072】
偏光子1は、被写体からの光線を透過、反射して偏光方向に応じて透過光結像レンズ2a、反射光結像レンズ2bに光線を導くという機能を担っているが、被写体からの光線が入射する偏光子1の面の裏面側から入射する光線も同様に偏光子1で透過、反射する。偏光子1の裏側から偏光子1に入射した光線は地平面と平行な偏光成分は透過して、迷光として反射光結像レンズ2bに入射し、反射光検出器3bで被写体からの信号と同様に検出されるため雑音となる。
一方、それと直交する偏光成分は偏光子1で反射するため迷光として透過光結像レンズ2aに入射し、やはり透過光検出器3aからの信号の雑音として加わる。この結果、撮像装置の雑音が増加し、装置の性能が低下することとなる。特に、電磁波として赤外線を用いた場合には熱による放射光が発生し易いため、その影響は無視できなくなる。
【0073】
この実施の形態8では、雑音源となるに電磁波の放射、反射が無視できる無放射体13を配置することで、迷光による影響を除去している。
上記実施の形態では、無放射体13は反射、放射が無視できるほど小さいとしたが、偏光特性を示す、透過光検出器3aと反射光検出器3bとの信号量差ΔIだけが重要である場合には、無放射体13については偏光特性を持たなければ反射、放射があってもよい。迷光に偏光特性がない場合には2つの偏光方向で現れる迷光の大きさは等しいため、ΔIを計算する時に相殺されるからである。
【0074】
また、輝度情報が例えば平均値からの変動のみを見るためにのみ用いられる等、オフセットに関しては問題とならない場合には無放射体13の空間的な分布が変化しなければ、反射、放射があってもよい。あるいは、無放射体の放射、反射量が常にほぼ一定ならば、例えばあらかじめその量を測定しておき、撮像時にはその量を補正することで影響を除去することができる。
【0075】
実施の形態10.
図15はこの発明の実施の形態10による撮像装置の光路図である。透過光結像レンズ2aは反射光結像レンズ2bに比べて焦点距離が長い。
実施の形態10では透過光結像レンズ2aおよび反射光結像レンズ2bの焦点距離が異なるため、形成される像の大きさも異なる。この結果、透過光検出器3aでは高分解能ではあるが視野角の狭い画像が検出され、反射光検出器3bでは低分解能ではあるが視野角が広い画像が検出される。このことから、信号処理装置4において、例えば被写体の中心付近では透過光検出器3aの画像に用いて分解能を高くし、その周辺部分では反射光検出器3bの画像を用いて視野角を広くすることが可能となる。この処理により得られた画像からは、透過光検出器3aの外側の領域の画像に対する地平面に平行な偏光成分などの情報は当然得られないが、例えば画像からエッジ検出などを行う上では有効である。
【0076】
なお、上記実施の形態では透過光結像レンズ2aは反射光結像レンズ2bに比べて焦点距離を長いとしたが、透過光結像レンズ2aの方が短くても同様の効果が得られる。また、透過光結像レンズおよび反射光結像レンズの大きさが同じであっても、透過光検出器3aと反射光検出器3bの分解能が異なる場合は同様の効果が得られる。あるいは、一方の検出器だけを大きくすることにより、2つの検出器を大きくした場合と比較して低コストで視野角の広い画像を得ることができる。
【0077】
上記実施の形態では、透過光結像レンズ2aの焦点距離を長くすることにより画像の高分解能化を行ったが、透過光検出器を像面と平行に移動し、検出器の分解能以下の間隔で像強度をサンプリングすることにより、画像の高分解能化を行うことも可能である。例えば、検出器の分解能の1/2の大きさで検出器を微少振動させ、その間隔で像強度をサンプリングすることにより、検出器の2倍の分解能を持つ画像が得られる。検出器の移動は片方だけでも上記実施の形態と同様の効果が得られるが、2つの検出器を移動することにより全ての領域、分解能で輝度、偏光情報の欠落がない画像が得られる。
あるいは、検出器の位置を分解能以下の大きさでずらすことにより、画像の高分解能化を行うことも可能である。例えば、片方の検出器をもう片方に対して検出器の分解能の1/2ずらして配置することにより、検出器分解能の2倍の分解能を持つ画像を得ることが可能である。
【0078】
実施の形態11.
図16はこの発明の実施の形態11による撮像装置の光路図である。14aは透過光検出器3aに入射する光線の波長帯を制限する透過光波長フィルタ、14bは反射光検出器3bに入射する光線の波長帯を制限する反射光波長フィルタである。
この実施の形態11では、検出器3a、3bの手前に波長フィルタ14a、14bを設けて波長帯を制限することにより、輝度特性および偏光特性に加えて波長領域での画像解析を可能にする。
例えば、ある特定波長帯に対して特徴的な輝度特性および偏光特性を持つ目標を検出する場合には、光線をその波長帯に制限する波長フィルタを用いて画像を取得することにより目標検出を容易にすることができる。
【0079】
上記実施の形態では、波長フィルタ14a、14bは検出器3a、3bの手前に設けたが、光路中の他の場所、例えば偏光子の前後の何れかに設けるようにしてもよい。
また、2つの偏光光線に対して波長フィルタ14a、14bを設けたが、片方の偏光光線に対してのみ波長フィルタを挿入してもよい。
また、波長フィルタの着脱あるいは交換手段を備えることで、波長の動的な選択を可能にし、高度な波長領域での画像解析が可能となる。
【0080】
また、例えば波長フィルタを屈折率分布の周期間隔を変化させることで透過波長が変えられる音響光学素子や、静電引力で反射板間隔を変化させることにより干渉条件を変え透過波長を変化させることができるマイクロマシニングデバイス等のチューナブルフィルタを用いることで選択波長を動的に変化させることも可能である。
【0081】
上記実施の形態では波長フィルタ14a、14bは波長制限の機能のみを持つ単素子を用いたが、他の構成要素に波長選択機能を持たせて同様の効果が得られる。例えば、透過光結像レンズ2a、反射光結像レンズ2bに波長選択機能を設けてもよいし、偏光子1を波長フィルタと一体化させてもよい。このことにより、部品点数を削減でき、撮像装置の小型化を行うことができる。
【0082】
実施の形態12.
図17はこの発明の実施の形態12による撮像装置の光路図である。15は偏光子1を微少角回転する機能を有する微小回転装置であり、信号処理装置4では、偏光子1の微少角度の回転により、分離されて光線の信号量差が最大となる値を得るようになっている。
実施の形態12の撮像装置では、偏光子1を微少角度回転することにより偏光特性の測定精度を向上することができる。例えば、偏光特性の評価値として上述の実施の形態1で示した透過光検出器3aおよび反射光検出器3bの信号量差ΔI=A・Ip・Cos2θを使用する。θは入射光線の偏光面と偏光子1の偏光方向のなす角であり、ΔIはθを小さくするほど大きくなるため、測定のS/N比が向上する。上述の通り、偏光子1を地平面と平行に配置することにより測定精度が十分高い状態での撮像が可能であるが、偏光子1を微少角回転してΔIが最大となる点で撮像することによりわずかに残る誤差も除去することができる。また、ΔIが最大となる点のθを求めることにより光線の偏光面を求めることができ、目標を弁別する評価値として用いることができる。上述の通り、物体からの放射、反射される光線の偏光面は一般に、反射の時には物体表面に平行に、放射の時には垂直に現れる。したがって、光線の偏光面を用いることにより物体表面の傾きを知ることができる。
【0083】
上記実施の形態では、例として取り上げた検出器3aと検出器3bの信号量差ΔIに対してその最大値を用いたが、ΔIは上述の通りcos2θの関数となる。このため、信号処理装置4は、偏光子1を微少角度で回転し、分離された光線の信号量差ΔIを回転角θ、定数C,θoを用いてΔI=C・cos2(θ−θo)でフィッティングし、定数C、θoを計算する処理を備えており、係数Cを偏光特性を表す評価値として用いてもよい(図18)。なお、θoは上記実施の形態と同様、偏光面を表している。このとき、測定時に発生する雑音がフィッティングにより抑圧されるので、測定精度を向上させることができる。また、測定点にΔIの最大値が含まれなかったとしてもその値をフィッティングにより補完することができるので、常にΔIの最大値およびθoを得ることができる。
【0084】
また、解析時に行う計算の負荷を低減するため、信号処理装置4は、偏光子1を微少角度で回転し、分離された光線の信号量差ΔIを回転角θ、定数C,θoを用いてΔI=C[1−4(θ−θo)]でフィッティングし、定数C,θoを計算する処理を備えるようにしてもよい。θおよびθoは十分小さいため、ΔIをC[1−4(θ−θo)]という2次関数で近似しても、この近似により発生する誤差は小さい。
【0085】
実施の形態13.
図19はこの発明の実施の形態13による撮像装置の光路図である。16は4分割プリズムで、瞳の位置で光束を4つに分離する。4分割プリズム16の各4面には対向して偏光子部1a、1b、‥‥が設けられている。図19においては、他の2個の偏光子部は紙面の手前側および奥側にそれぞれ配置されている。それぞれ地平面と0°(平行),45°,90°,135°の角をなす偏光方向に配置されている。
この実施の形態13では、光線を4分割することにより偏光方向を地平面に平行、直交する角度以外に45°,135°の角度での測定を可能にしている。その結果、図20に示すとおり4点での光強度が得られる。偏光子の角度θに対する強度の変化はI=In+Ip[cos(θ−θo)]となるため、測定結果をフィッティングしてIp、θoを求めることで偏光成分の大きさおよび偏光面が分かる。
【0086】
上記実施の形態では光束を4分割したが、3分割以上で同様の方法で偏光成分の大きさと偏光面を求めることができる。また、光束の分割にはプリズムを用いたが、実施の形態3と同様にミラーを用いて分割してもよい。
【0087】
実施の形態14.
図21はこの発明の実施の形態14による撮像装置の光路図である。1eは電圧を加えることで任意の偏光方向を持たせることができる液晶偏光子、17は液晶偏光子1eの偏光方向を制御する偏光子制御装置である。
実施の形態14では偏光子として液晶偏光子1eを用い、地平面に平行な偏光方向とそれに垂直な偏光方向に対して撮像を行う。液晶偏光子1eは任意角度の偏光方向を電気的に高速に作り出すことができるため、従来の機械的な回転と異なり走査時間の長さは問題とはならない。また、この実施の形態では2偏光方向という断続的な状態変化を必要とするため、機械的な回転という連続的な走査を行うよりも効率が高いことは明らかである。
【0088】
上記実施の形態では偏光方向の設定を地平面に平行な方向とそれに垂直な方向の2方向に設定したが、偏光方向を増やすことにより実施の形態11、12と同様に測定精度の向上や偏光面を求めることができる。
また、上記では任意の方向の偏光方向を作れる偏光子として液晶を用いたが、例えば屈折率分布の周期構造から発生する回折による効果で平面偏光を行うことができる音響光学素子や、応力、電場、磁場などが加わることで複屈折が起こる(光弾性効果、カー効果、磁気複屈折)材料を用いた干渉フィルタを偏光子として用いても同様の効果が得られる。
【0089】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の撮像装置によれば、物体から入射する光線を互いに直交した平面偏光に分離する偏光子と、上記偏光子で分離された上記平面偏光のそれぞれに対して像を形成する結像レンズを含む光学系と、上記光学系により形成された像を電気信号に変換する検出器と、上記検出器により変換された電気信号を処理する信号処理装置とを備えた撮像装置において、上記偏光子は、上記平面偏光の方向が地平面と平行な方向もしくは地平面と直交する方向になるように配置されているので、偏光情報を高精度に得ることができるとともに、短時間で撮像を行うことができる。
【0090】
また、この発明の撮像装置によれば、物体から入射する光線に対して像を形成する結像レンズを含む光学系と、上記光学系により形成された像を互いに直交する平面偏光に分離する偏光子と、上記偏光子により分離された2つの像に対して電気信号に変換する検出器と、上記検出器により変換された電気信号を処理する信号処理装置とを備えた撮像装置において、上記偏光子は、上記平面偏光の方向が地平面と平行な方向もしくは地平面と直交する方向になるように配置されているので、偏光情報を高精度に得ることができるとともに、短時間で撮像を行うことができる。
【0091】
また、この発明の撮像装置によれば、物体から入射する光線に対して像を形成する結像レンズを含む光学系と、上記光学系により形成された像を電気信号に変換する検出器と、上記検出器により変換された電気信号を処理する信号処理装置とを備えた撮像装置において、上記光学系の内部に設けられ上記光線を互いに直交する平面偏光に分離する偏光子は、上記平面偏光の方向が地平面と平行な方向もしくは地平面と直交する方向になるように配置されているので、偏光情報を高精度に得ることができるとともに、短時間で撮像を行うことができる。
【0092】
また、この発明の撮像装置によれば、光学系は、光線が入射する偏光子の手前に設けられたアフォーカルレンズを有するので、偏光子には平行光線が入射し、検出器上には収差の無い像が形成される。
【0093】
また、この発明の撮像装置によれば、偏光子は、入射する光線を透過する平面偏光と、反射する平面偏光とに分離するようになっているので、これらの平面偏光による得られた信号により、短時間で輝度特性および偏光特性を同時に評価できる。
【0094】
また、この発明の撮像装置によれば、偏光子は、その断面形状が楔形であるので、偏光子内を通る光線の光路長の差を小さくすることができ、検出器上での像の収差を小さくすることができる。
【0095】
また、この発明の撮像装置によれば、偏光子は、主光線の偏光子への入射面および偏光子からの射出面が上記主光線に対して垂直であるので、検出器上での像の収差は殆ど生じない。
【0096】
また、この発明の撮像装置によれば、光学系の瞳の位置には光線を2分割するプリズムが設けられているとともに、偏光子は、平面偏光に偏光する第1偏光子部と、この平面偏光に対して直交した平面偏光に偏光する第2偏光子部とから構成され、上記プリズムで2分割された光線はそれぞれが上記第1偏光子部および上記第2偏光子部で互いに直交する方向に平面偏光されるようになっているので、これらの平面偏光による得られた信号により、短時間で輝度特性および偏光特性を同時に評価できる。また、検出器では二つの平面偏光による像を共有することができ、部品点数を削減でき、撮像装置を小型化することができる。
【0097】
また、この発明の撮像装置によれば、光学系の瞳の位置に光線を2分割するミラーが設けられているとともに、偏光子は、平面偏光に偏光する第1偏光子部と、この平面偏光に対して直交した平面偏光に偏光する第2偏光子部とから構成され、上記ミラーで2分割された光線はそれぞれが第1偏光子部および上記第2偏光子部で互いに直交する方向に平面偏光されるようになっているので、これらの平面偏光による得られた信号により、短時間で輝度特性および偏光特性を同時に評価できる。また、検出器では二つの平面偏光による像を共有することができ、部品点数を削減でき、撮像装置を小型化することができる。
【0098】
また、この発明の撮像装置によれば、偏光子は、偏光方向により異なる屈折率を有するプリズムであるので、輝度特性および偏光特性を同時に評価できる。また、検出器では二つの平面偏光による像を共有することができ、部品点数を削減でき、撮像装置を小型化することができる。また、偏光による光線の損失が無く、大きな信号量を得ることができる。
【0099】
また、この発明の撮像装置によれば、偏光子により分離された光線を結像するそれぞれの光学系は、その焦点距離が異なるので、例えば中心付近では分解能が高く、周辺部分では視野角を広くすることが可能となる。
【0100】
また、この発明の撮像装置によれば、検出器は、移動手段により光軸に沿って移動可能になっており、移動しながら像を検出するようになっているので、結像レンズの最適な焦点距離に検出器を位置決めすることができる。
【0101】
また、この発明の撮像装置によれば、検出器は、検出器の分解能以下の大きさでずらして配置されているので、画像の高分解能化を行うことが可能となる。
【0102】
また、この発明の撮像装置によれば、異なる方向の平面偏光は、同一検出器で電気信号に変換されるようになっているので、部品点数を削減でき、撮像装置を小型化することができる。
【0103】
また、この発明の撮像装置によれば、物体より入射する光線から像を形成するとともに偏光方向により異なる屈折率を有する複屈折材料で構成された結像レンズを含む光学系と、上記光学系により形成された像を電気信号に変換する検出器と、上記検出器により得られた電気信号を処理する信号処理装置とを備えた撮像装置において、上記結像レンズは、異常光軸が地平面と平行な方向もしくはそれと垂直な方向に配置されているので、入射光線は2つの偏光成分で焦点距離が異なり、検出器を移動させて像を検出することで、輝度特性および偏光を評価できる。
【0104】
また、この発明の撮像装置によれば、物体より入射する光線を平面偏光する偏光子と、上記偏光子を透過した光線の像を形成し結像レンズを含む光学系と、上記光学系により形成された像を電気信号に変換する検出器と、上記検出器により変換された電気信号を処理する信号処理装置とを備えた撮像装置において、上記偏光子は、上記平面偏光の方向を少なくとも地平面と平行な方向と、それと直交する方向の2方向に変更できるようになっているので、偏光情報を高精度に得ることができる。
【0105】
また、この発明の撮像装置によれば、偏光子は、液晶素子であるので、任意角度の偏光方向を電気的に高速に作り出すことができる。
【0106】
また、この発明の撮像装置によれば、傾き検知手段により地平面に対する傾きが検知されるとともに、上記傾きを補正する傾き補正手段により平面偏光が地平面に対して平行、または地平面と垂直になるように補正されるので、高いS/N比でデータ取得が可能となる。
【0107】
また、この発明の撮像装置によれば、傾き検知手段は、撮影画像から地平面に対する傾きを検知するようになっているので、高いS/N比でデータ取得が可能となる。
【0108】
また、この発明の撮像装置によれば、撮影画像から地平線あるいは水平線を検知されるので、高いS/N比でデータ取得が可能となる。
【0109】
また、この発明の撮像装置によれば、傾き補正手段は、偏光子を回転する回転機構であるので、簡単な構成で、高いS/N比でデータ取得が可能となる。
【0110】
また、この発明の撮像装置によれば、傾き補正手段は、偏光子に入射される手前の撮像を回転する像回転装置であるので、簡単な構成で、高いS/N比でデータ取得が可能となる。
【0111】
また、この発明の撮像装置によれば、光学系の瞳の位置には光線を少なくとも3分割する多分割プリズムが設けられているとともに、偏光子は、少なくとも、地平面と平行な平面偏光に偏光する第1偏光子部と、この平面偏光に対して直交した方向に偏光する第2偏光子部と、平行および垂直以外の方向に偏光する第3偏光子部とを含み、上記プリズムで分割された光線はそれぞれが上記第1偏光子部ないし上記第3偏光子部で平面偏光されるようになっているので、偏光方向を地平面に平行、直交する角度以外の角度の測定も可能となる。
【0112】
また、この発明の撮像装置によれば、偏光子には、偏光子を微少角度の範囲で回転させる微小回転装置が設けられているので、偏光特性の測定精度が向上する。
【0113】
また、この発明の撮像装置によれば、信号処理装置は、偏光子の微少角度の回転により、分離されて光線の信号量差が最大となる値を得るようになっているので、より正確に偏光特性を測定することができる

【0114】
また、この発明の撮像装置によれば、信号処理装置は、偏光子を微少角度で回転し、分離された光線の信号量差ΔIを回転角θ、定数C,θoを用いてΔI=C・cos2(θ−θo)でフィッティングし、定数C、θoを計算する処理を備えているので、測定時に発生する雑音がフィッティングにより抑圧されるので、測定精度を向上させることができる。
【0115】
また、この発明の撮像装置によれば、信号処理装置は、偏光子を微少角度で回転し、分離された光線の信号量差ΔIを回転角θ、定数C,θoを用いてΔI=C[1−4(θ−θo)]でフィッティングし、測定時に発生する雑音がフィッティングにより抑圧されるので、測定精度を向上させることができる。
【0116】
また、この発明の撮像装置によれば、光路に波長フィルターが設けられているので、検出器に入射する光線の波長帯は制限され、波長領域での画像解析が可能となる。
【0117】
また、この発明の撮像装置によれば、波長フィルタは、透過帯域を変化し得るものであるので、選択波長を動的に変化させることができる。
【0118】
また、この発明の撮像装置によれば、物体からの光線が偏光子に入射される偏光子の一面側に対する他面側には、無放射な無放射体が配置されているので、迷光の影響を低減することができる。
【0119】
また、この発明の撮像装置によれば、物体からの光線が偏光子に入射される偏光子の一面側に対する他面側には、偏光特性を持たない非偏光体が配置されているので、迷光の影響を低減することができる。
【0120】
また、この発明の撮像装置によれば、物体からの光線が偏光子に入射される偏光子の一面側に対する他面側には、全域において一様な偏光特性の一様偏光体が配置されているので、迷光の影響を低減することができる。
【0121】
また、この発明の撮像装置によれば、物体からの光線が偏光子に入射される偏光子の一面側に対する他面側には、偏光特性の時間的な変化が殆どない不変偏光体が配置されているので、迷光の影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1の撮像装置の光路図である。
【図2】 図1の透過光検出器および反射光検出器の信号量を示す図である。
【図3】 この発明の実施の形態2の撮像装置の光路図である。
【図4】 この発明の実施の形態2の撮像装置の他の例を示す光路図である。
【図5】 この発明の実施の形態2の撮像装置の他の例を示す光路図である。
【図6】 この発明の実施の形態2の撮像装置の他の例を示す光路図である。
【図7】 この発明の実施の形態3の撮像装置の光路図である。
【図8】 この発明の実施の形態4の撮像装置の光路図である。
【図9】 この発明の実施の形態5の撮像装置の光路図である。
【図10】 この発明の実施の形態6の撮像装置の光路図である。
【図11】 図10の撮像装置の時間と像強度との関係図である。
【図12】 この発明の実施の形態7の撮像装置の光路図である。
【図13】 この発明の実施の形態8の撮像装置の光路図である。
【図14】 この発明の実施の形態9の撮像装置の光路図である。
【図15】 この発明の実施の形態10の撮像装置の光路図である。
【図16】 この発明の実施の形態11の撮像装置の光路図である。
【図17】 この発明の実施の形態12の撮像装置の光路図である。
【図18】 図17の撮像装置の偏光子の角度と信号量差ΔIとの関係図である。
【図19】 この発明の実施の形態13の撮像装置の光路図である。
【図20】 図19の撮像装置の偏光子の角度と光強度との関係図である。
【図21】 この発明の実施の形態14の撮像装置の光路図である。
【図22】 従来の撮像装置の光路図である。
【図23】 図22の撮像装置の時間と光強度との関係図である。
【符号の説明】
1 偏光子、1a 第1偏光子部、1b 第2偏光子部、1e 液晶偏光子、2 光学系、2a 透過光結像レンズ、2b 反射光結像レンズ、2c 複屈折結像レンズ、2d 結像レンズ、3a 透過光検出器、3b 反射光検出器、4信号処理装置、6 前段レンズ、8 プリズム、9 ミラー、10 複屈折部材、11 ジャイロセンサ(傾き検知手段)、12 姿勢制御装置(傾き補正手段)、13 無放射体、14a 透過光波長フィルタ、14b 反射光波長フィルタ、15 微小回転装置、16 4分割プリズム(多分割プリズム)、17 偏光子制御装置、18 像回転装置、21 偏光子面、51 楔形偏光子。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an imaging apparatus that images and detects a target object by radiated electromagnetic waves.
[0002]
[Prior art]
An imaging device is a device that detects an image formed by collecting electromagnetic waves radiated and reflected from a subject using an imaging lens.
The image obtained by this apparatus is used to detect a target from the background, for example. At this time, the one having a larger contrast between the target and the background can be easily distinguished. Since the brightness of the image increases in accordance with the amount of incident electromagnetic waves, when the difference in the amount of incident light between the target and the background is small, the contrast becomes small, making it difficult to detect the target.
As a means for increasing the contrast between the target and the background even when there is no difference in the amount of incident electromagnetic waves, the use of polarization characteristics can be mentioned.
[0003]
FIG. 22 is an optical path diagram of the imaging apparatus described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-259112.
In this figure, 2a is a transmitted light imaging lens that collects an electromagnetic wave from a target that is a subject to form an image, and 3 is a detector that detects an image obtained by the transmitted light imaging lens 2a and converts it into an electrical signal. Reference numeral 4 denotes a signal processing device for processing a signal from the detector 3.
A polarizing filter 19 is provided on the target side of the transmitted light imaging lens 2a and plane-polarizes by absorbing a polarized light component orthogonal to the incident light beam. A rotating device 20 houses a deflecting filter 19 therein. Has a function to rotate.
In the figure, an arrow symbol indicates a polarization direction in which the vibration direction of the electromagnetic wave is parallel to the ground plane, and a symbol indicated by a cross in a circle indicates a polarization direction in which the vibration direction of the electromagnetic wave is orthogonal thereto.
[0004]
The polarization characteristics of the target and the background are generally different due to differences in physical properties such as the material and surface state.
For example, if infrared rays are used as electromagnetic waves, the target is an object that can be regarded as a black body, and the background is a water surface that reflects sunlight, the infrared rays from the target do not have a specific polarization plane, whereas the reflected infrared rays from the background Is partially polarized in one direction. Therefore, before the infrared rays reach the detector 3, the reflected infrared rays from the partially polarized background are attenuated by the polarizing filter 19 so that the orthogonal polarization components are increased, so that the contrast with the target is increased.
[0005]
In this example, since the polarization plane of the reflected infrared rays from the background is unknown in advance, as shown in FIG. 23, the polarization filter 19 is rotated by driving the rotating device 20 and is attenuated by averaging over time.
A device for detecting the polarization plane of reflected infrared light from the background is provided, and the polarization filter 19 is rotated so as to be substantially perpendicular to the polarization plane of the background detected by the device, thereby reducing the amount of reflected infrared light from the background. You may do it.
[0006]
In order to perform target detection based on the difference in polarization characteristics, the degree of polarization, which is a parameter indicating the magnitude of polarization, may be used.
According to “Optical Technology Handbook” Asakura Shoten (1997.4.1) and the like, the degree of polarization P of partially plane-polarized light is orthogonal to the maximum intensity Imax transmitted through the rotating polarizing filter 19. The degree of polarization P = (Imax−Imin) / (Imax + Imin) is obtained from the minimum value Imin which is a component of plane polarized light. That is, by rotating the polarization filter 19, as shown in FIG. 23, the output with respect to the rotation of the polarization filter 19 fluctuates, and by calculating the polarization degree P from the value, the difference in the polarization characteristics between the target and the background can be obtained. Appears and the contrast between the two can be increased.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional image pickup apparatus as described above, it is necessary to rotate the polarization filter 19 in order to make the polarization filter 19 parallel or orthogonal to the polarization direction such as the background, and it takes time to take an image. There was a point.
In addition, a mechanism for rotating at least the 90 ° polarizing filter 19 is required, and there is a problem that the rotating device 20 is complicated and the entire device becomes large.
[0008]
Further, in the case of an imaging device that uses a detection device that detects a polarization plane from the background and rotates the polarization filter 19 so as to be orthogonal to the polarization plane obtained from the detection device, the detection device is separately required. There was also the problem of becoming.
[0009]
An object of the present invention is to solve the above-described problems, and to obtain an imaging apparatus capable of performing imaging in a short time without substantially reducing the target detection performance. Objective.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  The imaging device of the present invention isEnterAn optical system including a polarizer that separates incident light rays into plane polarized light orthogonal to each other, an imaging lens that forms an image for each of the plane polarized light separated by the polarizer, and the optical system. The2 images correspond to each imageAn imaging device comprising: a detector for converting into an electric signal; and a signal processing device for processing the electric signal converted by the detectorBecauseThe polarizer is arranged such that the direction of the plane polarized light is parallel to the ground plane or orthogonal to the ground plane.the aboveThe inclination correction means for detecting the inclination with respect to the ground plane and correcting the inclination described above.the aboveCorrect so that the plane polarization is parallel to the ground plane or perpendicular to the ground planeAnd distinguishing the target from the background based on the difference between the electrical signals corresponding to each of the two images..
[0011]
  The imaging device of the present invention isAn imaging system comprising: an optical system including an imaging lens; a detector that converts an image formed by the optical system and a polarizer into an electrical signal; and a signal processing device that processes the electrical signal converted by the detector. The polarizer separates rays incident on the polarizer into plane-polarized light components orthogonal to each other so that the direction of the plane-polarized light is parallel to the ground plane or perpendicular to the ground plane. And two images corresponding to each of the separated plane polarized light components formed by the optical system and the polarizer, and the inclination with respect to the ground plane is detected by the inclination detecting means, and The plane polarization is corrected by an inclination correction means for correcting the inclination so that the plane polarized light is parallel to the plane or perpendicular to the plane, and the electric signals corresponding to the two images are connected to each other. To discriminate the target from the background based on the difference.
[0012]
  The imaging device of the present invention isA prism that divides incident light into two, a first polarizer that transmits one of the two light beams divided into plane polarized light, and transmits the other of the two light beams divided into the plane. 2 corresponding to each of the second and second light beams transmitted through the first polarizer and the second polarizer, respectively, which are polarized into plane polarized light orthogonal to the polarized light. An optical system including an imaging lens for forming one image, a detector for converting two images formed by the optical system into electrical signals corresponding to the respective images, and an electrical signal converted by the detector An image pickup apparatus including a signal processing device for processing, wherein the first polarizer unit and the second polarizer unit are configured such that the direction of the plane polarized light is parallel to the ground plane or orthogonal to the ground plane. Arranged to be The inclination detecting means detects the inclination with respect to the ground plane, and the inclination correcting means for correcting the inclination corrects the plane polarized light so that it is parallel to or perpendicular to the ground plane. And distinguishing the target from the background based on the difference between the electrical signals corresponding to each of the two images..
[0013]
  The imaging apparatus according to the present invention includes a mirror that divides an incident light beam into two, a first polarizer that transmits one of the two light beams divided to be polarized into plane polarized light, and the two light beams divided into two. A second polarizer that transmits the other and polarizes into plane-polarized light orthogonal to the plane-polarized light, and the one light beam and the other light that respectively transmit through the first polarizer and the second polarizer. An optical system including an imaging lens that forms two images corresponding to each of the light beams; a detector that converts the two images formed by the optical system into electrical signals corresponding to the respective images; and the detector And a signal processing device that processes the electrical signal converted by the first polarization unit and the second polarizer unit, wherein the plane polarization direction is parallel to the ground plane or One that is perpendicular to the ground plane The inclination detecting means detects the inclination with respect to the ground plane, and the inclination correcting means for correcting the inclination causes the plane polarized light to be parallel to the ground plane or perpendicular to the ground plane. And discriminate the target from the background based on the difference between the electrical signals corresponding to each of the two images..
[0014]
  The imaging device of the present invention is an optical system that forms an image from incident light rays, and is composed of a birefringent material having a different refractive index depending on the polarization direction, and the extraordinary optical axis of the birefringent material is parallel to the ground plane. Two images corresponding to an optical system including an imaging lens arranged in a vertical direction or perpendicular thereto and a polarized light component parallel to and perpendicular to the abnormal optical axis formed by the optical system, respectively. An imaging device comprising a detector for converting into an electrical signal and a signal processing device for processing the electrical signal obtained by the detector, the difference between the electrical signals corresponding to each of the two images Discriminate goals from background based on.
[0024]
An imaging apparatus according to the present invention includes an optical system including an imaging lens that is formed of a birefringent material that forms an image from light rays incident from an object and has a different refractive index depending on the polarization direction, and an image formed by the optical system. In the imaging device comprising a detector that converts the electrical signal into an electrical signal and a signal processing device that processes the electrical signal obtained by the detector, the imaging lens has a direction in which the abnormal optical axis is parallel to the ground plane or It is arranged in the direction perpendicular to it.
[0043]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described. In each embodiment, the same or equivalent members and parts will be described with the same reference numerals.
Embodiment 1 FIG.
1 is an optical path diagram of an image pickup apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, 1 is a polarizer that transmits a polarized light component parallel to the ground plane and reflects a polarized light component that is orthogonal to the polarized light component, and 2a is a transmitted light image that collects the electromagnetic wave transmitted through the polarizer 1 and forms an image. The lens 3a detects the image formed by the transmitted light imaging lens 2a and converts it into an electrical signal. The transmitted light detector 2b condenses the electromagnetic wave reflected by the polarizer 1 and forms a reflected light image. The image lens 3b detects the image formed by the reflected light imaging lens 2b and converts it into an electrical signal, and 4 represents the electrical signal obtained from the transmitted light detector 3a and the reflected light detector 3b. A signal processing device for processing.
[0044]
The polarizer 1 needs to reflect a polarization component orthogonal to the direction of the polarizer, but as a polarizer satisfying such conditions, a wire grating, a polarizing prism, an interference filter using a birefringent material, or the like There is.
[0045]
In the figure, the transmitted light imaging lens 2a and the reflected light imaging lens 2b are shown as a single lens. However, of course, a plurality of lenses may be used, and a function of imaging light rays in the same manner as a reflecting mirror or the like. Anything provided is sufficient. An arrow symbol indicates a polarization direction in which the vibration direction of the electromagnetic wave is parallel to the ground plane, and a symbol indicated by a cross in a circle indicates a polarization direction in which the vibration direction of the electromagnetic wave is orthogonal thereto.
[0046]
In the imaging apparatus having the above configuration, the polarizer 1 detects a polarized light component horizontal to the ground plane as an image by the transmitted light detector 3a and detects a polarized light component orthogonal to the polarized light component by the reflected light detector 3b. Is done.
Then, the signal processing device 4 performs signal processing to add the signal from the transmitted light detector 3a and the signal from the reflected light detector 3b, thereby obtaining the luminance information in the same manner as the imaging device in which no polarizer is used. Can be obtained.
Further, it is possible to know whether the light beam is polarized by taking the difference between the signals from the transmitted light detector 3a and the reflected light detector 3b. That is, when the light beam is not polarized, the value of the signal difference is zero.
[0047]
The transmitted light detector 3a and the reflected light detector 3b simultaneously detect plane polarized light orthogonal to and separated from each other by the polarizer 1, and can capture images in a short time. Further, there is no time lag between the images detected by the two detectors 3a and 3b, and there is no influence of temporal changes in the subject and the imaging environment.
[0048]
Here, with respect to the light from the subject, the polarized light intensity component is Ip, the unpolarized light intensity component is In, and the angle between the polarization plane of the polarization component and the polarization direction of the polarizer 1 is θ (0 ° ≦ θ <180 °). Here, the direction in which the electric field vector of the light beam transmitted through the polarizer 1 vibrates is called the polarization direction. At this time, the signal amount of the transmitted light detector 3a is Ia = A [In / 2 + Ip (cos θ).2The signal amount of the reflected light detector 3b is Ib = A [In / 2 + Ip (sin θ)2] (A is a constant). Therefore, the signal amount difference between the transmitted light detector 3a and the reflected light detector 3b is ΔI = Ia−Ib = A · Ip · Cos 2θ. That is, when θ = 0 ° and 90 °, ΔI is maximum and the S / N ratio is the highest, but when θ = 45 ° and 135 °, the light beam is unpolarized even if it is polarized. Therefore, in order to obtain polarization information with high accuracy, it is necessary to perform imaging under the conditions of θ≈0 ° and 90 °.
[0049]
By the way, the polarization plane in the polarization component of the light emitted from and reflected from the object generally appears parallel to the object surface during reflection and perpendicular to the radiation. Therefore, the polarization information can be obtained with high accuracy by making the polarization direction of the polarizer 1 parallel or perpendicular to the object plane as described above.
In general, artificial surfaces such as water surfaces and buildings / vehicles exhibiting high polarization characteristics have many planes and vertical wall surfaces substantially parallel to the ground plane. For this reason, polarization information can be obtained with high accuracy by arranging the polarization direction of the polarizer 1 parallel or perpendicular to the ground plane.
[0050]
In the above-described embodiment, the polarizer 1 in the direction that transmits the polarization component parallel to the ground plane is arranged. However, the same effect can be obtained by arranging the polarizer so as to transmit the polarization component perpendicular thereto. Of course.
[0051]
In the above-described embodiment, the signal amount difference ΔI between the transmitted light detector 3a and the reflected light detector 3b is used as a method for evaluating the polarization characteristics. This is used between the transmitted light detector 3a and the reflected light detector 3b. You may evaluate by the value normalized by dividing the signal amount difference ΔI by the sum of the signal amounts. That is, ε = (Ia−Ib) / (Ia + Ib) may be used as the evaluation value of the polarization characteristic. The magnitude of the signal amount difference ΔI is proportional to the polarized light intensity component Ip and varies depending on the luminance. However, since the magnitude of ε is always normalized to −1 ≦ ε ≦ 1, the magnitude of the luminance is large. Evaluation that is not affected by
It is also effective to evaluate the signal amount by the transmitted light detector 3a and the reflected light detector 3b using a two-dimensional graph as shown in FIG. Since the luminance characteristic and the polarization characteristic can be simultaneously evaluated on the two-dimensional graph, discrimination / classification using the two characteristics can be easily performed.
[0052]
Embodiment 2. FIG.
3 is an optical path diagram showing an imaging apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
In this embodiment, an optical system including an imaging lens 2 d that forms an image with respect to light rays incident from an object is provided on the incident side of the polarizer 1. Other components are the same as those in the first embodiment.
In the imaging apparatus of the second embodiment, the polarizer 1 is arranged on the exit side of the imaging lens 2d, so that the imaging lens 2d shares the transmitted light and the reflected light of the polarizer 1. The number of parts can be reduced. Further, since the electromagnetic waves collected by the imaging lens 2d are incident on the polarizer 1, the polarizer 1 is miniaturized, and the imaging device is miniaturized in combination with the reduction in the number of parts.
[0053]
By the way, in Embodiment 2 described above, for example, when a flat plate is used for the polarizer 1, unlike in Embodiment 1 in which parallel rays pass through the polarizer 1, the optical path length of the rays passing through the polarizer 1 depends on the region. Differently, aberrations occur in the images formed on the detectors 3a and 3b. For this reason, as shown in FIG. 4, by using the wedge-shaped polarizer 51, the aberration of the image formed on the detectors 3a and 3b can be reduced. Note that the image plane formed by the transmitted light detector 3a may be inclined due to the influence of the wedge-shaped polarizer 51. However, the reflected light detector 3a is inclined to reduce the difference in optical path length. By doing so, the inclination of the image plane is reduced.
[0054]
In addition, aberrations can be suppressed by making the surfaces of the polarizer 1 perpendicular to each other when the principal ray enters the polarizer 1 and exits from the polarizer 1.
FIG. 5 shows an example of the polarizer 1 in which the aberration is reduced in this way. This polarizer 1 is a rectangular parallelepiped having a polarizer plane 21 inside, and the polarizer plane 21 is perpendicular to two opposed planes of the rectangular parallelepiped, and the angle formed with respect to the other four planes is 45. Degree. The polarizer surface 21 has a function of separating incident light beams into plane polarized light that is orthogonal to each other and transmitted through one side and plane polarized light that the other reflects. At this time, when the principal ray enters the polarizer 1 and exits from the polarizer 1, each surface is always vertical, which is equivalent to entering the parallel plate, and almost no aberration occurs in the detectors 3a and 3b.
Even in the above configuration, higher-order aberrations occur, but the influence can be reduced by making the surface of the polarizer aspherical.
[0055]
In the second embodiment, the polarizer 1 is placed behind the imaging lens 2d. However, similarly to the case where the polarizer 1 is provided inside the optical system 2 as shown in FIG. The effect of miniaturization can be obtained.
At this time, by arranging the polarizer 1 in a region where the peripheral ray is nearly parallel to the principal ray, the aberration generated by the insertion of the polarizer 1 can be reduced.
In particular, when the imaging lens 2d in front of the polarizer 1 is an afocal lens, the light beam transmitted through and reflected by the polarizer 1 is a parallel light beam, and the light beam is thinner than the light beam incident on the imaging lens 2d. Become. As a result, no aberration occurs and the polarizer 1 can be miniaturized.
[0056]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 7 is an optical path diagram of the image pickup apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. Reference numeral 6 denotes a front lens provided with a field stop 7, and reference numeral 8 denotes a prism, which separates the light beam into two at the position of the pupil. 1a is a 1st polarizer part, 1b is a 2nd polarizer part, the 1st polarizer part 1a permeate | transmits only the polarization component parallel to a ground plane among the incident light rays, and the 2nd polarizer part 1b and it Unlike the first and second embodiments, each of them transmits only orthogonal polarization components and does not need a function of reflecting incident components. That is, the combination of the first polarizer portion 1a and the second polarizer portion 1b corresponds to the polarizer 1 of the first and second embodiments.
[0057]
In the imaging apparatus according to the third embodiment, incident light from a subject forms an image once at the position of the field stop 7 in the front lens 6. After that, when the front lens 6 exits, the parallel light is returned again and enters the prism 8. The light beam is divided into two by the prism 8, and only the component parallel to the ground plane and the component orthogonal thereto are taken out by the first polarizer portion 1a and the second polarizer portion 1b, respectively. Then, the two divided light beams pass through the transmitted light imaging lens 2a to form images in different areas on the same transmitted light detector 3a, and the transmitted light detector 3a simultaneously converts the two images into electrical signals. Is done. The luminance information and the polarization information are obtained from the electrical signals of the polarization component parallel to the obtained ground plane and the polarization component orthogonal to the polarization component, as in the first embodiment.
[0058]
In the third embodiment, the transmitted light detector 3a is shared by two light beams of a polarized light component parallel to the ground plane and a polarized light component orthogonal thereto, so that the number of parts can be reduced and the imaging apparatus can be downsized. it can.
[0059]
In the third embodiment, the light beam is divided into two parts by using the prism 8, but the same can be achieved by using a mirror. The prism must be a material that can transmit electromagnetic waves, and the material is limited. On the other hand, if the mirror can be coated with a reflective film, the optical characteristics of the base material are not limited.
In the above embodiment, the prism, mirror, and polarizer are separate parts, but they may be integrated. For example, the prism 8 in FIG. 7 can be integrated by providing a polarization function on the surface facing the polarizer portions 1a and 1b. By integrating the prism and the polarizer, the number of parts is reduced, and the imaging device is downsized.
[0060]
Embodiment 4 FIG.
FIG. 8 is an optical path diagram of an imaging apparatus according to Embodiment 4 of the present invention. Reference numeral 9 denotes a mirror provided behind the polarizer 1, and the orientation of the polarizer 1 is naturally arranged in a direction parallel to or perpendicular to the ground plane.
In the imaging apparatus of the fourth embodiment, the polarized light component parallel to the ground plane of the incident light beam is transmitted through the polarizer 1, and the light beam orthogonal thereto is reflected to form an image on the detector 3 by the imaging lens 2e. . The transmitted light is reflected by the mirror 9 and again passes through the polarizer 1 and then enters the imaging lens 2e. At this time, the incident light enters the imaging lens 2e at an angle different from the reflected light depending on the angle provided on the mirror 9. . Therefore, since an image is formed on the detector 3 at a position different from the reflected light, two images can be detected by one detector 3 as in the third embodiment.
[0061]
In the imaging apparatus of the third embodiment, the light beam of the pupil is divided and then polarized, and thus half of the light beam is lost. On the other hand, in the fourth embodiment, the light beam is divided into two by polarization. There is no loss and a signal amount twice that of the third embodiment can be obtained.
In this embodiment, the configuration in which the transmitted light is reflected by the mirror 9 is shown, but the configuration may be such that the reflected light is reflected by the mirror and the light beam is guided to the imaging lens.
[0062]
Embodiment 5 FIG.
FIG. 9 is an optical path diagram of the image pickup apparatus according to Embodiment 5 of the present invention. A birefringent member 10 is provided between the front lens 6 and the imaging lens 2d and has a function as a prism having a different refractive index depending on the polarization direction. The birefringent member 10 may be a natural uniaxial crystal or biaxial crystal, or may be a photonic crystal artificially created by laminating a fine structure.
[0063]
In the imaging apparatus according to the fifth embodiment, the birefringent member 10 is arranged to be a prism that exhibits different refractive indexes for a polarized light component parallel to the ground plane and a polarized light component perpendicular thereto with respect to the incident light beam. Therefore, the incident light beam is divided into two polarization components by the birefringent member 10, and the same effect as in the third embodiment can be obtained.
At this time, in Embodiment 3 above, the light beam of the pupil is divided and then polarized, so that half of the light beam is lost. In contrast, in Embodiment 5, the light beam is divided into two by polarization. There is no loss and a signal amount twice that of the third embodiment can be obtained.
[0064]
Embodiment 6 FIG.
FIG. 10 is an optical path diagram of the image pickup apparatus according to Embodiment 6 of the present invention. This imaging apparatus is formed by an optical system including a birefringent imaging lens 2c formed of a birefringent material that forms an image from light rays incident from an object and has a refractive index that varies depending on the polarization direction, and the optical system. A detector 3 for converting an image into an electric signal and a signal processing device 4 for processing the electric signal obtained by the detector 3 are provided.
As the birefringent lens 2c, a naturally existing uniaxial crystal or biaxial crystal can be used, or a photonic crystal artificially formed by laminating a fine structure may be used.
[0065]
In the imaging apparatus of Embodiment 6, the birefringent imaging lens 2c is arranged so as to be a lens that exhibits different refractive indexes for a polarized light component parallel to the ground plane and a polarized light component perpendicular thereto with respect to the incident light beam. For this reason, the incident light rays have different focal lengths between the two polarization components, and the surface on which the image is formed also moves back and forth on the optical axis.
Therefore, for example, when an image is detected while moving the detector 3 back and forth, the image intensities for the two polarization directions are obtained as electrical signals in order in time (FIG. 11). The maximum value and the minimum value of the electric signal are image intensities corresponding to two polarization directions.
[0066]
Therefore, it is possible to obtain luminance and polarization information by directly analyzing the electric signal to obtain the maximum value and the minimum value and performing signal processing in the same manner as in the first embodiment. The polarization characteristic (Ia-Ib) can be obtained by electrically obtaining the fluctuation component (AC component). Further, luminance information (Ia + Ib) can be obtained by calculating an integral or an average to obtain a non-variable component (DC component).
Further, the movement of the detector 3 used here can use the mechanism normally used for focusing the lens as it is, and does not require a new mechanism.
[0067]
Embodiment 7 FIG.
FIG. 12 is an optical path diagram of the image pickup apparatus according to Embodiment 7 of the present invention. Reference numeral 11 denotes a gyro sensor that is an inclination detection unit that is attached to the imaging device and can determine an inclination with respect to the ground plane. Reference numeral 12 denotes an attitude control unit that is connected to the gyro sensor 11 and corrects the inclination of the imaging device. Based on the tilt information with respect to the ground plane obtained by the sensor 11, the orientation of the imaging device is adjusted so that the polarization direction of the polarizer 1 is parallel to or perpendicular to the ground plane.
[0068]
As described in the first embodiment, if the polarization direction of the polarizer 1 is not parallel to or perpendicular to the horizontal plane, the S / N ratio with respect to the acquisition data of the polarization characteristics is lowered. Therefore, in the seventh embodiment, the gyro sensor 11 and the attitude control device 12 are used to adjust the polarization direction of the polarizer 1 so that it is always parallel to or perpendicular to the ground plane. The data can be acquired with the / N ratio. Since the polarization direction of the polarizer 1 is only required to be parallel to or perpendicular to the ground plane, the adjustment angle range of the attitude control device 12 may be 45 ° or less.
[0069]
In the above embodiment, the gyro sensor is used to determine the tilt of the imaging apparatus. However, the tilt may be determined by knowing the vertical direction using, for example, a gravity sensor (acceleration sensor) that is a tilt detection means. In addition, the inclination can also be obtained by using the horizon of the horizontal plane of the image by the imaging device, the horizontal line of the horizontal plane, or the like.
In the embodiment described above, the polarization direction of the polarizer 1 is adjusted to be parallel to the ground plane by controlling the attitude of the entire imaging apparatus using the attitude control device. However, the polarizer 1, the transmitted light imaging lens 2a, and the transmitted light are adjusted. The same effect can be obtained simply by adjusting the angle with respect to the detector 3a. Alternatively, the angle of the polarizer 1 may be adjusted by using a rotation mechanism that is a tilt correction unit that rotates only the polarizer 1.
[0070]
Embodiment 8 FIG.
FIG. 13 is an optical path diagram of the imaging apparatus according to the eighth embodiment of the present invention. Reference numeral 18 denotes an image rotation device as tilt correction means, which has a function of rotating an image picked up by the image pickup device at an arbitrary angle. In general, the image rotation device 18 is constituted by a prism.
In the eighth embodiment, based on the tilt information of the imaging device with respect to the ground plane obtained by the gyro sensor 11 as the tilt detecting means, the polarization direction of the light beam by the polarizer 1 is always the same as the ground plane using the image rotation device 18. Image is taken with the angle corrected to be parallel. As a result, data acquisition can always be performed with a high S / N ratio, as in the seventh embodiment. Note that the means for obtaining the angle of the ground plane may be other than the gyro sensor 11, as in the seventh embodiment.
The image rotation device 18 may have a scanner function for changing the direction of incident light and arbitrarily selecting a region to be imaged.
[0071]
Embodiment 9 FIG.
  FIG. 14 is an optical path diagram of an image pickup apparatus according to Embodiment 9 of the present invention. In this embodiment, light rays from the subject are incident on the polarizer 1.In the direction opposite to the direction of reflectionA non-radiating non-radiating body 13 is arranged. The electromagnetic waves radiated and reflected from the non-radiating body 13 are negligibly small.
[0072]
The polarizer 1 has a function of transmitting and reflecting light rays from the subject and guiding the light rays to the transmitted light imaging lens 2a and the reflected light imaging lens 2b according to the polarization direction. Similarly, light incident from the back side of the incident polarizer 1 is transmitted and reflected by the polarizer 1. A light beam incident on the polarizer 1 from the back side of the polarizer 1 transmits a polarization component parallel to the ground plane, enters the reflected light imaging lens 2b as stray light, and is similar to the signal from the subject by the reflected light detector 3b. It becomes noise because it is detected.
On the other hand, since the polarization component orthogonal to the light is reflected by the polarizer 1, it enters the transmitted light imaging lens 2a as stray light and is added as noise of the signal from the transmitted light detector 3a. As a result, the noise of the imaging device increases, and the performance of the device decreases. In particular, when infrared rays are used as electromagnetic waves, radiation is easily generated by heat, so the influence cannot be ignored.
[0073]
In the eighth embodiment, the influence of stray light is eliminated by arranging the non-radiating body 13 that can ignore the emission and reflection of electromagnetic waves as a noise source.
In the above embodiment, the non-radiating body 13 is so small that reflection and radiation can be ignored. However, only the signal amount difference ΔI between the transmitted light detector 3a and the reflected light detector 3b, which shows polarization characteristics, is important. In some cases, the non-radiating body 13 may have reflection and radiation as long as it does not have polarization characteristics. This is because, when the stray light has no polarization characteristic, the magnitudes of the stray light appearing in the two polarization directions are equal and are canceled when calculating ΔI.
[0074]
In addition, when the luminance information is used only for viewing only the fluctuation from the average value, for example, when there is no problem with the offset, if the spatial distribution of the non-radiating body 13 does not change, there is no reflection or radiation. May be. Alternatively, if the radiation and reflection amount of the non-radiating body is always substantially constant, for example, the amount can be measured in advance, and the effect can be removed by correcting the amount during imaging.
[0075]
Embodiment 10 FIG.
FIG. 15 is an optical path diagram of the image pickup apparatus according to Embodiment 10 of the present invention. The transmitted light imaging lens 2a has a longer focal length than the reflected light imaging lens 2b.
In Embodiment 10, since the focal lengths of the transmitted light imaging lens 2a and the reflected light imaging lens 2b are different, the sizes of the formed images are also different. As a result, the transmitted light detector 3a detects an image with a high resolution but a narrow viewing angle, and the reflected light detector 3b detects an image with a low resolution but a wide viewing angle. For this reason, in the signal processing device 4, for example, near the center of the subject, the resolution is increased using the image of the transmitted light detector 3a, and the viewing angle is widened using the image of the reflected light detector 3b in the peripheral portion. It becomes possible. From the image obtained by this processing, it is naturally not possible to obtain information such as a polarization component parallel to the ground plane for the image of the region outside the transmitted light detector 3a, but it is effective for performing edge detection from the image, for example. It is.
[0076]
In the above embodiment, the transmitted light imaging lens 2a has a longer focal length than the reflected light imaging lens 2b. However, the same effect can be obtained even if the transmitted light imaging lens 2a is shorter. Even if the transmitted light imaging lens and the reflected light imaging lens have the same size, the same effect can be obtained if the transmitted light detector 3a and the reflected light detector 3b have different resolutions. Alternatively, by enlarging only one of the detectors, an image with a wide viewing angle can be obtained at a lower cost than when the two detectors are enlarged.
[0077]
In the above embodiment, the resolution of the image is increased by increasing the focal length of the transmitted light imaging lens 2a. However, the transmitted light detector is moved in parallel with the image plane, and the interval is equal to or smaller than the resolution of the detector. It is also possible to increase the resolution of the image by sampling the image intensity. For example, an image having a resolution twice that of the detector can be obtained by slightly vibrating the detector with a size half that of the detector and sampling the image intensity at the interval. Even if only one of the detectors is moved, the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained. However, by moving the two detectors, an image having no luminance and polarization information missing in all regions and resolutions can be obtained.
Alternatively, it is possible to increase the resolution of the image by shifting the position of the detector by a size less than the resolution. For example, it is possible to obtain an image having a resolution twice that of the detector resolution by disposing one detector with a half of the resolution of the detector with respect to the other.
[0078]
Embodiment 11 FIG.
FIG. 16 is an optical path diagram of the image pickup apparatus according to Embodiment 11 of the present invention. Reference numeral 14a denotes a transmitted light wavelength filter for limiting the wavelength band of the light beam incident on the transmitted light detector 3a, and reference numeral 14b denotes a reflected light wavelength filter for limiting the wavelength band of the light beam incident on the reflected light detector 3b.
In the eleventh embodiment, the wavelength filters 14a and 14b are provided in front of the detectors 3a and 3b to limit the wavelength band, thereby enabling image analysis in the wavelength region in addition to the luminance characteristics and the polarization characteristics.
For example, when detecting a target with characteristic luminance and polarization characteristics for a specific wavelength band, it is easy to detect the target by acquiring an image using a wavelength filter that restricts the light beam to that wavelength band. Can be.
[0079]
In the above embodiment, the wavelength filters 14a and 14b are provided in front of the detectors 3a and 3b. However, the wavelength filters 14a and 14b may be provided in another place in the optical path, for example, before or after the polarizer.
Further, although the wavelength filters 14a and 14b are provided for two polarized light beams, a wavelength filter may be inserted only for one polarized light beam.
Further, by providing a means for attaching / detaching or exchanging the wavelength filter, the wavelength can be dynamically selected, and image analysis in an advanced wavelength region becomes possible.
[0080]
In addition, for example, an acousto-optic device in which the transmission wavelength can be changed by changing the periodic interval of the refractive index distribution of the wavelength filter, or the transmission wavelength can be changed by changing the interference condition by changing the reflection plate interval by electrostatic attraction. It is also possible to dynamically change the selected wavelength by using a tunable filter such as a micromachining device that can be used.
[0081]
In the above embodiment, the wavelength filters 14a and 14b are single elements having only a wavelength limiting function, but the same effect can be obtained by providing the wavelength selecting function to other components. For example, the transmitted light imaging lens 2a and the reflected light imaging lens 2b may be provided with a wavelength selection function, or the polarizer 1 may be integrated with the wavelength filter. As a result, the number of parts can be reduced, and the imaging apparatus can be reduced in size.
[0082]
Embodiment 12 FIG.
FIG. 17 is an optical path diagram of the image pickup apparatus according to Embodiment 12 of the present invention. Reference numeral 15 denotes a micro-rotation device having a function of rotating the polarizer 1 by a minute angle. The signal processing device 4 obtains a value that is separated and maximizes the signal amount difference of the light beam by the rotation of the polarizer 1 by a minute angle. It is like that.
In the imaging device according to the twelfth embodiment, the measurement accuracy of the polarization characteristics can be improved by rotating the polarizer 1 by a small angle. For example, the signal amount difference ΔI = A · Ip · Cos 2θ between the transmitted light detector 3a and the reflected light detector 3b shown in the first embodiment is used as the evaluation value of the polarization characteristic. θ is an angle formed by the polarization plane of the incident light and the polarization direction of the polarizer 1, and ΔI increases as θ decreases, so that the S / N ratio of the measurement improves. As described above, by arranging the polarizer 1 in parallel with the ground plane, it is possible to capture an image with sufficiently high measurement accuracy. However, the polarizer 1 is rotated by a small angle and imaged at a point where ΔI is maximized. As a result, a slight remaining error can be removed. Further, the plane of polarization of the light beam can be obtained by obtaining θ at the point where ΔI is maximum, and can be used as an evaluation value for discriminating the target. As described above, the plane of polarization of radiation emitted from and reflected from an object generally appears parallel to the object surface when reflected and perpendicular to when emitted. Therefore, the inclination of the object surface can be known by using the polarization plane of the light beam.
[0083]
In the above embodiment, the maximum value is used for the signal amount difference ΔI between the detector 3a and the detector 3b taken as an example, but ΔI is a function of cos 2θ as described above. For this reason, the signal processing device 4 rotates the polarizer 1 by a minute angle and uses the rotation angle θ and constants C and θo as the signal amount difference ΔI of the separated light rays, ΔI = C · cos 2 (θ−θo). And the constants C and θo are calculated, and the coefficient C may be used as an evaluation value representing the polarization characteristics (FIG. 18). Note that θo represents the polarization plane as in the above embodiment. At this time, noise generated during measurement is suppressed by fitting, so that measurement accuracy can be improved. Even if the maximum value of ΔI is not included in the measurement point, the value can be complemented by fitting, so that the maximum value of ΔI and θo can always be obtained.
[0084]
In order to reduce the load of calculation performed at the time of analysis, the signal processing device 4 rotates the polarizer 1 by a slight angle, and uses the rotation angle θ and the constants C and θo to determine the signal amount difference ΔI of the separated rays. ΔI = C [1-4 (θ−θo)2] To calculate the constants C and θo. Since θ and θo are sufficiently small, ΔI is set to C [1-4 (θ−θo).2], The error generated by this approximation is small.
[0085]
Embodiment 13 FIG.
FIG. 19 is an optical path diagram of an image pickup apparatus according to Embodiment 13 of the present invention. Reference numeral 16 denotes a four-divided prism that separates the light beam into four at the position of the pupil. The four divided prisms 16 are provided with polarizer portions 1a, 1b,... In FIG. 19, the other two polarizer portions are arranged on the front side and the back side of the paper, respectively. They are arranged in polarization directions that form angles of 0 ° (parallel), 45 °, 90 °, and 135 ° with the ground plane.
In the thirteenth embodiment, the light beam is divided into four to enable measurement at angles of 45 ° and 135 ° in addition to the directions of polarization parallel to and perpendicular to the horizontal plane. As a result, the light intensity at four points is obtained as shown in FIG. The change in intensity with respect to the angle θ of the polarizer is I = In + Ip [cos (θ−θo).2Therefore, the magnitude of the polarization component and the plane of polarization can be determined by fitting the measurement result to obtain Ip and θo.
[0086]
In the above embodiment, the luminous flux is divided into four, but the size of the polarization component and the plane of polarization can be obtained by the same method with three or more divisions. In addition, although the prism is used for splitting the light beam, it may be split using a mirror as in the third embodiment.
[0087]
Embodiment 14 FIG.
FIG. 21 is an optical path diagram of the image pickup apparatus according to Embodiment 14 of the present invention. Reference numeral 1e denotes a liquid crystal polarizer that can have an arbitrary polarization direction by applying a voltage, and reference numeral 17 denotes a polarizer control device that controls the polarization direction of the liquid crystal polarizer 1e.
In the fourteenth embodiment, a liquid crystal polarizer 1e is used as a polarizer, and imaging is performed with respect to a polarization direction parallel to the ground plane and a polarization direction perpendicular thereto. Since the liquid crystal polarizer 1e can electrically create a polarization direction of an arbitrary angle at high speed, unlike the conventional mechanical rotation, the length of the scanning time is not a problem. Also, since this embodiment requires intermittent state changes of two polarization directions, it is clear that the efficiency is higher than that of continuous scanning of mechanical rotation.
[0088]
In the above embodiment, the polarization direction is set to two directions, ie, a direction parallel to the ground plane and a direction perpendicular thereto. By increasing the polarization direction, the measurement accuracy can be improved and polarization can be improved in the same manner as in Embodiments 11 and 12. You can ask for the surface.
In the above, liquid crystal is used as a polarizer that can create a polarization direction of any direction. However, for example, an acoustooptic device capable of performing plane polarization by the effect of diffraction generated from a periodic structure of a refractive index distribution, stress, electric field, etc. The same effect can be obtained even when an interference filter using a material in which birefringence occurs due to application of a magnetic field (photoelastic effect, Kerr effect, magnetic birefringence) as a polarizer.
[0089]
【The invention's effect】
As described above, according to the imaging apparatus of the present invention, an image is obtained for each of the polarizer that separates the light rays incident from the object into the mutually orthogonal plane polarized light and the plane polarized light separated by the polarizer. An imaging apparatus comprising: an optical system including an imaging lens to be formed; a detector that converts an image formed by the optical system into an electrical signal; and a signal processing device that processes the electrical signal converted by the detector The polarizer is arranged so that the direction of the plane polarized light is parallel to the ground plane or orthogonal to the ground plane, so that polarization information can be obtained with high accuracy and in a short time. Can be used for imaging.
[0090]
Further, according to the imaging apparatus of the present invention, an optical system including an imaging lens that forms an image with respect to a light ray incident from an object, and polarized light that separates an image formed by the optical system into plane polarized light orthogonal to each other In the imaging device comprising: a detector; a detector that converts the two images separated by the polarizer into an electrical signal; and a signal processing device that processes the electrical signal converted by the detector. The children are arranged such that the direction of the plane polarized light is parallel to the ground plane or orthogonal to the ground plane, so that polarization information can be obtained with high accuracy and imaging is performed in a short time. be able to.
[0091]
Further, according to the imaging apparatus of the present invention, an optical system including an imaging lens that forms an image with respect to a light beam incident from an object, a detector that converts an image formed by the optical system into an electrical signal, In the imaging apparatus including the signal processing device that processes the electrical signal converted by the detector, a polarizer that is provided inside the optical system and separates the light rays into plane polarized light that is orthogonal to each other is the plane polarized light. Since the direction is arranged so as to be parallel to the ground plane or orthogonal to the ground plane, polarization information can be obtained with high accuracy and imaging can be performed in a short time.
[0092]
Further, according to the imaging apparatus of the present invention, the optical system has the afocal lens provided in front of the polarizer on which the light beam is incident, so that the parallel light beam is incident on the polarizer and the detector has an aberration. An image with no image is formed.
[0093]
Further, according to the imaging apparatus of the present invention, the polarizer is separated into plane polarized light that transmits incident light and reflected plane polarized light, so that signals obtained by these plane polarized lights are used. In a short time, luminance characteristics and polarization characteristics can be evaluated simultaneously.
[0094]
Further, according to the imaging device of the present invention, since the cross-sectional shape of the polarizer is wedge-shaped, the difference in the optical path length of the light beam passing through the polarizer can be reduced, and the aberration of the image on the detector Can be reduced.
[0095]
Further, according to the imaging apparatus of the present invention, the polarizer has a plane of incidence of the principal ray on the polarizer and an exit plane from the polarizer perpendicular to the principal ray. Almost no aberration occurs.
[0096]
According to the imaging apparatus of the present invention, the prism for splitting the light beam into two is provided at the position of the pupil of the optical system, and the polarizer includes the first polarizer portion that is polarized into plane polarized light, and the plane. A second polarizer part that is polarized into plane polarized light orthogonal to the polarization, and the light beams divided into two by the prism are orthogonal to each other in the first polarizer part and the second polarizer part. Therefore, the luminance characteristics and polarization characteristics can be simultaneously evaluated in a short time by using signals obtained by these plane polarizations. In addition, the detector can share an image by two plane-polarized lights, reduce the number of parts, and reduce the size of the imaging device.
[0097]
According to the imaging apparatus of the present invention, the mirror that splits the light beam into two is provided at the position of the pupil of the optical system, and the polarizer includes the first polarizer section that is polarized into plane polarized light, and the plane polarized light. A second polarizer part that is polarized into plane-polarized light orthogonal to each other, and the light beams divided into two by the mirror are planar in directions orthogonal to each other by the first polarizer part and the second polarizer part. Since the light is polarized, the luminance characteristic and the polarization characteristic can be simultaneously evaluated in a short time by using the signals obtained by the plane polarized light. In addition, the detector can share an image by two plane-polarized lights, reduce the number of parts, and reduce the size of the imaging device.
[0098]
Further, according to the imaging device of the present invention, the polarizer is a prism having a refractive index that differs depending on the polarization direction, and therefore, the luminance characteristic and the polarization characteristic can be simultaneously evaluated. In addition, the detector can share an image by two plane-polarized lights, reduce the number of parts, and reduce the size of the imaging device. In addition, there is no loss of light due to polarization, and a large signal amount can be obtained.
[0099]
Further, according to the imaging device of the present invention, each optical system that forms an image of the light beam separated by the polarizer has a different focal length, so that, for example, the resolution is high near the center and the viewing angle is wide in the peripheral portion. It becomes possible to do.
[0100]
Further, according to the imaging apparatus of the present invention, the detector is movable along the optical axis by the moving means, and detects the image while moving. The detector can be positioned at the focal length.
[0101]
In addition, according to the imaging apparatus of the present invention, the detectors are shifted and arranged with a size less than or equal to the resolution of the detector, so that it is possible to increase the resolution of the image.
[0102]
Further, according to the imaging apparatus of the present invention, plane polarized light in different directions is converted into an electric signal by the same detector, so that the number of parts can be reduced and the imaging apparatus can be downsized. .
[0103]
In addition, according to the imaging apparatus of the present invention, an optical system including an imaging lens formed of a birefringent material that forms an image from a light ray incident from an object and has a different refractive index depending on the polarization direction, and the above optical system In the imaging device including a detector that converts the formed image into an electrical signal and a signal processing device that processes the electrical signal obtained by the detector, the imaging lens has an abnormal optical axis on the ground plane. Since they are arranged in a parallel direction or a direction perpendicular thereto, the incident light beams have different focal lengths for the two polarization components, and the luminance characteristics and polarization can be evaluated by detecting the image by moving the detector.
[0104]
Further, according to the imaging apparatus of the present invention, a polarizer that plane-polarizes light incident from an object, an optical system that forms an image of the light transmitted through the polarizer and includes an imaging lens, and the optical system An image pickup apparatus comprising: a detector that converts the converted image into an electrical signal; and a signal processing device that processes the electrical signal converted by the detector, wherein the polarizer has at least a horizontal plane direction of the plane polarized light. The polarization information can be obtained with high accuracy.
[0105]
Further, according to the imaging apparatus of the present invention, since the polarizer is a liquid crystal element, it is possible to produce a polarization direction of an arbitrary angle electrically at high speed.
[0106]
Further, according to the imaging apparatus of the present invention, the inclination with respect to the ground plane is detected by the inclination detecting means, and the plane polarized light is parallel to or perpendicular to the ground plane by the inclination correcting means for correcting the inclination. Therefore, data can be acquired with a high S / N ratio.
[0107]
Further, according to the imaging apparatus of the present invention, since the inclination detecting means detects the inclination with respect to the ground plane from the photographed image, data can be acquired with a high S / N ratio.
[0108]
In addition, according to the imaging apparatus of the present invention, since a horizon or a horizontal line is detected from a captured image, data can be acquired with a high S / N ratio.
[0109]
Further, according to the imaging apparatus of the present invention, since the tilt correcting means is a rotating mechanism that rotates the polarizer, data can be acquired with a simple configuration and a high S / N ratio.
[0110]
Further, according to the imaging apparatus of the present invention, since the tilt correction means is an image rotating apparatus that rotates the imaging before the incident light to the polarizer, data can be acquired with a simple configuration and a high S / N ratio. It becomes.
[0111]
Further, according to the imaging apparatus of the present invention, the multi-divided prism that divides the light beam into at least three parts is provided at the position of the pupil of the optical system, and the polarizer is polarized at least into plane polarized light parallel to the ground plane. A first polarizer part, a second polarizer part polarized in a direction orthogonal to the plane polarized light, and a third polarizer part polarized in a direction other than parallel and perpendicular, and divided by the prism. Since each of the light beams is plane-polarized by the first polarizer part or the third polarizer part, it is possible to measure an angle other than an angle parallel to and perpendicular to the ground plane. .
[0112]
According to the imaging apparatus of the present invention, since the polarizer is provided with a micro-rotation device that rotates the polarizer within a minute angle range, the measurement accuracy of the polarization characteristics is improved.
[0113]
Further, according to the imaging device of the present invention, the signal processing device obtains a value that is separated and maximizes the signal amount difference of the light beam by the rotation of the minute angle of the polarizer. Can measure polarization characteristics
.
[0114]
Further, according to the imaging apparatus of the present invention, the signal processing apparatus rotates the polarizer by a minute angle, and uses the rotation angle θ and the constants C and θo to determine the signal amount difference ΔI of the separated light as ΔI = C · Since the process of fitting with cos2 (θ−θo) and calculating the constants C and θo is provided, noise generated during measurement is suppressed by the fitting, so that the measurement accuracy can be improved.
[0115]
Further, according to the imaging apparatus of the present invention, the signal processing apparatus rotates the polarizer by a minute angle, and uses the rotation angle θ and the constants C and θo to calculate the signal amount difference ΔI of the separated light as ΔI = C [ 1-4 (θ-θo)2] And noise generated during measurement is suppressed by fitting, so that measurement accuracy can be improved.
[0116]
Further, according to the imaging apparatus of the present invention, since the wavelength filter is provided in the optical path, the wavelength band of the light ray incident on the detector is limited, and image analysis in the wavelength region is possible.
[0117]
Further, according to the imaging device of the present invention, the wavelength filter can change the transmission band, so that the selected wavelength can be dynamically changed.
[0118]
In addition, according to the imaging apparatus of the present invention, the non-radiating non-radiating material is arranged on the other surface side of the polarizer where the light beam from the object is incident on the polarizer. Can be reduced.
[0119]
Further, according to the imaging device of the present invention, since the non-polarizing member having no polarization characteristic is arranged on the other side of the polarizer where the light beam from the object enters the polarizer, the stray light Can be reduced.
[0120]
Further, according to the imaging apparatus of the present invention, the uniform polarizer having uniform polarization characteristics is arranged in the entire region on the other surface side of the polarizer where the light beam from the object is incident on the polarizer. Therefore, the influence of stray light can be reduced.
[0121]
Further, according to the imaging apparatus of the present invention, the invariant polarizer that hardly changes the polarization characteristic with time is disposed on the other side of the polarizer where the light beam from the object is incident on the polarizer. Therefore, the influence of stray light can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an optical path diagram of an imaging apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing signal amounts of the transmitted light detector and the reflected light detector of FIG. 1;
FIG. 3 is an optical path diagram of an imaging apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 4 is an optical path diagram showing another example of an imaging apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 5 is an optical path diagram showing another example of an imaging apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 6 is an optical path diagram showing another example of the imaging apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 7 is an optical path diagram of an imaging apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 8 is an optical path diagram of an imaging apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 9 is an optical path diagram of an imaging apparatus according to Embodiment 5 of the present invention.
FIG. 10 is an optical path diagram of an imaging apparatus according to Embodiment 6 of the present invention.
FIG. 11 is a relationship diagram between time and image intensity of the imaging apparatus of FIG.
FIG. 12 is an optical path diagram of an imaging apparatus according to Embodiment 7 of the present invention.
FIG. 13 is an optical path diagram of an imaging apparatus according to Embodiment 8 of the present invention.
FIG. 14 is an optical path diagram of an imaging apparatus according to Embodiment 9 of the present invention.
FIG. 15 is an optical path diagram of an imaging apparatus according to Embodiment 10 of the present invention.
FIG. 16 is an optical path diagram of an imaging apparatus according to Embodiment 11 of the present invention.
FIG. 17 is an optical path diagram of an imaging apparatus according to Embodiment 12 of the present invention.
18 is a diagram showing the relationship between the angle of the polarizer and the signal amount difference ΔI in the imaging apparatus shown in FIG.
FIG. 19 is an optical path diagram of an imaging apparatus according to Embodiment 13 of the present invention.
20 is a diagram showing the relationship between the angle of the polarizer and the light intensity in the imaging apparatus shown in FIG.
FIG. 21 is an optical path diagram of an imaging apparatus according to Embodiment 14 of the present invention.
FIG. 22 is an optical path diagram of a conventional imaging device.
23 is a relationship diagram between time and light intensity of the imaging apparatus in FIG. 22;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Polarizer, 1a 1st polarizer part, 1b 2nd polarizer part, 1e Liquid crystal polarizer, 2 Optical system, 2a Transmission light imaging lens, 2b Reflection light imaging lens, 2c Birefringence imaging lens, 2d Connection Image lens, 3a Transmitted light detector, 3b Reflected light detector, 4 Signal processing device, 6 Pre-stage lens, 8 Prism, 9 Mirror, 10 Birefringence member, 11 Gyro sensor (Tilt detection means), 12 Attitude control device (Tilt) Correction means), 13 non-radiating material, 14a transmitted light wavelength filter, 14b reflected light wavelength filter, 15 micro-rotation device, 16 4-split prism (multi-split prism), 17 polarizer control device, 18 image rotation device, 21 polarizer Surface, 51 wedge-shaped polarizer.

Claims (21)

射する光線を互いに直交した平面偏光に分離する偏光子と、上記偏光子で分離された上記平面偏光のそれぞれに対して像を形成する結像レンズを含む光学系と、上記光学系により形成された2つの像をそれぞれの像に対応する電気信号に変換する検出器と、上記検出器により変換された電気信号を処理する信号処理装置とを備えた撮像装置であって、
上記偏光子は、上記平面偏光の方向が地平面と平行な方向もしくは地平面と直交する方向になるように配置されており、
傾き検知手段により上記地平面に対する傾きが検知されるとともに、上記傾きを補正する傾き補正手段により上記平面偏光が地平面に対して平行、または地平面と垂直になるように補正し、上記2つの像のそれぞれに対応する上記電気信号同士の差に基づいて背景から目標を弁別することを特徴とする撮像装置。
A polarizer for separating the plane polarized light perpendicular to light rays entering morphism each other, an optical system including an imaging lens for forming an image for each separate said plane polarized light at the polarizer, formed by the optical system An imaging device comprising: a detector that converts the two images into electrical signals corresponding to the respective images; and a signal processing device that processes the electrical signals converted by the detector ,
The polarizer is arranged so that the direction of the plane polarized light is a direction parallel to the ground plane or a direction orthogonal to the ground plane,
With inclination with respect to the ground plane is detected by the inclination detection means, the plane-polarized light by the tilt correcting means for correcting the inclination parallel to the horizontal plane, or corrected to a horizontal plane perpendicular, the two An imaging apparatus, wherein a target is discriminated from a background based on a difference between the electrical signals corresponding to each of images .
結像レンズを含む光学系と、上記光学系および偏光子により形成された像を電気信号に変換する検出器と、上記検出器により変換された電気信号を処理する信号処理装置とを備えた撮像装置であって、
上記偏光子は、当該偏光子に入射する光線を互いに直交する平面偏光成分に分離し、上記平面偏光の方向が地平面と平行な方向もしくは地平面と直交する方向になるように配置されており、上記光学系と上記偏光子とによって上記分離された平面偏光成分のそれぞれに対応した2つの像が形成され、
傾き検知手段により上記地平面に対する傾きが検知されるとともに、上記傾きを補正する傾き補正手段により上記平面偏光が地平面に対して平行、または地平面と垂直になるように補正し、上記2つの像のそれぞれに対応する上記電気信号同士の差に基づいて背景から目標を弁別することを特徴とする撮像装置。
An imaging system comprising: an optical system including an imaging lens; a detector that converts an image formed by the optical system and a polarizer into an electrical signal; and a signal processing device that processes the electrical signal converted by the detector. A device,
The polarizer is arranged so that light rays incident on the polarizer are separated into mutually orthogonal plane polarization components, and the direction of the plane polarization is parallel to the ground plane or orthogonal to the ground plane. , Two images corresponding to each of the separated plane polarization components are formed by the optical system and the polarizer,
The inclination detecting means detects the inclination with respect to the ground plane, and the inclination correcting means for correcting the inclination corrects the plane polarized light so that it is parallel to or perpendicular to the ground plane. An imaging apparatus, wherein a target is discriminated from a background based on a difference between the electrical signals corresponding to each of images .
上記光学系は、上記偏光子の手前に設けられたアフォーカルレンズをさらに有し、上記結像レンズの手前に上記偏光子が設けられていることを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。 The optical system further comprises an afocal lens provided in front of the polarizer, the imaging apparatus according to claim 2, characterized in that the polarizer is arranged in front of the imaging lens . 偏光子は、入射する光線を、透過する平面偏光と反射する平面偏光とに分離するようになっていることを特徴とする請求項1ないし請求項の何れかに記載の撮像装置。The imaging device according to any one of claims 1 to 3 , wherein the polarizer is configured to separate incident light into transmitted plane polarized light and reflected plane polarized light. 偏光子は、その断面形状が楔形であることを特徴とする請求項に記載の撮像装置。The imaging apparatus according to claim 4 , wherein the polarizer has a wedge-shaped cross section. 偏光子は、偏光子への入射面および偏光子からの射出面が主光線に対して垂直であることを特徴とする請求項に記載の撮像装置。The imaging apparatus according to claim 4 , wherein the polarizer has an incident surface to the polarizer and an exit surface from the polarizer perpendicular to the principal ray. 入射する光線を2分割するプリズムと、上記2分割された上記光線の一方を透過させて平面偏光に偏光する第1偏光子部と、上記2分割された上記光線の他方を透過させて上記平面偏光に対して直交した平面偏光に偏光する第2偏光子部と、上記第1偏光子部および上記第2偏光子部をそれぞれ透過した上記一方の光線および上記他方の光線のそれぞれに対応する2つの像を形成する結像レンズを含む光学系と、上記光学系により形成された2つの像をそれぞれの像に対応する電気信号に変換する検出器と、上記検出器により変換された電気信号を処理する信号処理装置とを備えた撮像装置であって、
上記第1偏光子部および上記第2偏光子部は、上記平面偏光の方向が地平面と平行な方向もしくは地平面と直交する方向になるように配置されており、
傾き検知手段により上記地平面に対する傾きが検知されるとともに、上記傾きを補正する傾き補正手段により上記平面偏光が上記地平面に対して平行、または上記地平面と垂直になるように補正し、上記2つの像のそれぞれに対応する上記電気信号同士の差に基づいて背景から目標を弁別することを特徴とする撮像装置。
A prism that divides incident light into two, a first polarizer that transmits one of the two light beams divided into plane polarized light, and transmits the other of the two light beams divided into the plane. 2 corresponding to each of the second and second light beams transmitted through the first polarizer and the second polarizer, respectively, which are polarized into plane polarized light orthogonal to the polarized light. An optical system including an imaging lens for forming one image, a detector for converting two images formed by the optical system into electrical signals corresponding to the respective images, and an electrical signal converted by the detector An imaging device comprising a signal processing device for processing,
The first polarizer section and the second polarizer section are arranged such that the direction of the plane polarized light is a direction parallel to the ground plane or a direction orthogonal to the ground plane,
The inclination detecting means detects the inclination with respect to the ground plane, and the inclination correcting means for correcting the inclination corrects the plane polarized light so that it is parallel to or perpendicular to the ground plane. An imaging apparatus, wherein a target is discriminated from a background based on a difference between the electrical signals corresponding to each of two images .
入射する光線を2分割するミラーと、上記2分割された上記光線の一方を透過させて平面偏光に偏光する第1偏光子部と、上記2分割された上記光線の他方を透過させて上記平面偏光に対して直交した平面偏光に偏光する第2偏光子部と、上記第1偏光子部および上記第2偏光子部をそれぞれ透過した上記一方の光線および上記他方の光 線のそれぞれに対応する2つの像を形成する結像レンズを含む光学系と、上記光学系により形成された2つの像をそれぞれの像に対応する電気信号に変換する検出器と、上記検出器により変換された電気信号を処理する信号処理装置とを備えた撮像装置であって、
上記第1偏光子部および上記第2偏光子部は、上記平面偏光の方向が地平面と平行な方向もしくは地平面と直交する方向になるように配置されており、
傾き検知手段により地平面に対する傾きが検知されるとともに、上記傾きを補正する傾き補正手段により上記平面偏光が上記地平面に対して平行、または上記地平面と垂直になるように補正し、上記2つの像のそれぞれに対応する上記電気信号同士の差に基づいて背景から目標を弁別することを特徴とする撮像装置。
A mirror that divides an incident light beam into two, a first polarizer that transmits one of the two light beams divided into plane polarized light, and transmits the other of the two light beams divided into the plane. a second polarizer unit for polarized in the plane polarized light orthogonal to the polarization, corresponding to each of the first polarizer unit and the second light polarizer unit the one that passes through each and the other light beam An optical system including an imaging lens that forms two images, a detector that converts the two images formed by the optical system into electrical signals corresponding to the respective images, and an electrical signal converted by the detector An imaging device comprising a signal processing device for processing
The first polarizer section and the second polarizer section are arranged such that the direction of the plane polarized light is a direction parallel to the ground plane or a direction orthogonal to the ground plane,
The inclination detecting means detects an inclination with respect to the ground plane, and the inclination correcting means for correcting the inclination corrects the plane polarized light so that it is parallel to or perpendicular to the ground plane. An imaging apparatus, wherein a target is discriminated from a background based on a difference between the electrical signals corresponding to each of two images .
偏光子は、偏光方向により異なる屈折率を有するプリズムである請求項1ないし請求項の何れかに記載の撮像装置。Polarizer, the imaging apparatus according to any one of claims 1 to 3 is a prism having a different refractive index by the polarization direction. 地平面と平行な方向もしくは地平面と直交する方向に互いに直交したそれぞれの平面偏光は、同一検出器で電気信号に変換されるようになっていることを特徴とする請求項1ないし請求項の何れかに記載の撮像装置。Each of plane-polarized light perpendicular to each other in a direction perpendicular to the horizontal plane parallel to the direction or the horizontal plane, the preceding claims, characterized in that is adapted to be converted into an electrical signal by the same detector The imaging apparatus according to any one of 9 . 入射する光線から像を形成する光学系であって、偏光方向により異なる屈折率を有する複屈折材料で構成され、かつ上記複屈折材料の異常光軸が地平面と平行な方向もしくはそれと垂直に配置された結像レンズを含む光学系と、上記光学系により形成された上記異常光軸に平行な偏光成分と垂直な偏光成分とに対応する2つの像をそれぞれに対応する電気信号に変換する検出器と、上記検出器により得られた電気信号を処理する信号処理装置とを備えた撮像装置であって、
上記2つの像のそれぞれに対応する上記電気信号同士の差に基づいて背景から目標を弁別することを特徴とする撮像装置。
An optical system for forming an image from incident light, which is composed of a birefringent material having a different refractive index depending on the polarization direction , and the anomalous optical axis of the birefringent material is parallel to or perpendicular to the ground plane. Two images corresponding to an optical system including an imaging lens arranged and a polarization component parallel to the abnormal optical axis and a polarization component perpendicular to the abnormal optical axis formed by the optical system are converted into electric signals corresponding to the two images, respectively. An imaging device comprising a detector and a signal processing device that processes an electrical signal obtained by the detector,
An imaging apparatus, wherein a target is discriminated from a background based on a difference between the electrical signals corresponding to the two images .
傾き検知手段は、撮影画像から地平面に対する傾きを検知するようになっている請求項1ないし請求項10の何れかに記載の撮像装置。The imaging apparatus according to any one of claims 1 to 10 , wherein the inclination detection means detects an inclination with respect to a ground plane from a captured image. 撮影画像から地平線あるいは水平線を検知される請求項12に記載の撮像装置。The imaging apparatus according to claim 12 , wherein a horizon line or a horizontal line is detected from a captured image. 傾き補正手段は、偏光子を回転する回転機構であることを特徴とする請求項1ないし請求項、請求項、請求項10、請求項12、請求項13の何れかに記載の撮像装置。Inclination correcting means according to claim 1 to claim 7, characterized in that a rotating mechanism for rotating the polarizer according to claim 9, claim 10, claim 12, the imaging apparatus according to claim 13 . 傾き補正手段は、偏光子に入射される手前の撮像を回転する像回転装置であることを特徴とする請求項1ないし請求項、請求項、請求項10、請求項12、請求項13の何れかに記載の撮像装置。Inclination correcting means, wherein characterized in that an image rotation device for rotating the imaging of front incident on the polarizer claims 1 to 7, claim 9, claim 10, claim 12, claim 13 The imaging device according to any one of the above. 光路に波長フィルターが設けられていることを特徴とする請求項1ないし請求項15の何れかに記載の撮像装置。 16. The imaging apparatus according to claim 1, wherein a wavelength filter is provided in the optical path. 波長フィルタは、透過帯域を変化し得るものであることを特徴とする請求項16に記載の撮像装置。The imaging device according to claim 16 , wherein the wavelength filter is capable of changing a transmission band. 上記入射する光線が偏光子に入射されて反射する方向と反対側の方向には、無放射な無放射体が配置されていることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 Above incident light ray direction opposite to the direction in which the reflected is incident on the polarizer, the imaging apparatus according to claim 1, characterized in that nonradiative radiationless body is disposed. 記入射する光線が偏光子に入射されて反射する方向と反対側の方向には、偏光特性を持たない非偏光体が配置されていることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。The direction of the direction in which light rays on SL incident is reflected is incident on the polarizer side opposite the imaging apparatus according to claim 1, characterized in that the non-polarizing body having no polarization characteristics are arranged . 上記入射する光線が偏光子に入射されて反射する方向と反対側の方向には、全域において一様な偏光特性の一様偏光体が配置されていることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。Opposite direction to the direction in which light rays the incident is reflected is incident on the polarizer, according to claim 1, characterized in that uniform polarization of uniform polarization characteristics are arranged over the entire area Imaging device. 上記入射する光線が偏光子に入射されて反射する方向と反対側の方向には、偏光特性の時間的な変化が殆どない不変偏光体が配置されていることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。Opposite direction to the direction in which light rays the incident is reflected is incident on the polarizer, in claim 1, characterized in that temporal changes little unchanged polarization of the polarization characteristics are arranged The imaging device described.
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