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特表2023-512887高忠実度の表面キャラクタリゼーション測定用の偏光分析カメラ
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-03-30
(54)【発明の名称】高忠実度の表面キャラクタリゼーション測定用の偏光分析カメラ
(51)【国際特許分類】
G01N 21/21 20060101AFI20230323BHJP
G01N 21/17 20060101ALI20230323BHJP
G02B 27/28 20060101ALI20230323BHJP
G01J 4/00 20060101ALI20230323BHJP
【ＦＩ】
G01N21/21 Z
G01N21/17 A
G02B27/28 Z
G01J4/00
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022536918
(86)(22)【出願日】2020-12-18
(85)【翻訳文提出日】2022-08-12
(86)【国際出願番号】 US2020065967
(87)【国際公開番号】W WO2021162781
(87)【国際公開日】2021-08-19
(31)【優先権主張番号】62/975,065
(32)【優先日】2020-02-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】517160525
【氏名又は名称】バルブ コーポレーション
(74)【代理人】
【識別番号】110000877
【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ラウシュ、カメロン、ウェイド
【テーマコード（参考）】
2G059
2H199
【Ｆターム（参考）】
2G059AA05
2G059EE02
2G059EE05
2G059FF01
2G059JJ18
2G059JJ19
2G059KK04
2H199AB23
2H199AB45
(57)【要約】
高忠実度の表面キャラクタリゼーション測定値を取得するように動作可能な偏光分析カメラを提供するためのシステムおよび方法。偏光分析カメラは、２つまたはそれ以上の偏光フィルタリング状態に選択的に切り替わるように動作可能なマルチツイストリターダ構成要素を含んでいてよく、各偏光フィルタリング状態のとき、マルチツイストリターダ構成要素は、特定の偏光状態または偏光配向を有する光（例えば、水平な直線偏光、垂直な直線偏光、４５度の直線偏光、円偏光）のみを通過させ、他の偏光状態を有する光を反射または吸収する。また、マルチツイストリターダは、光を集束させる１つまたは複数の回折パターンも含んでいてよい。マルチツイストリターダが少なくとも２つの偏光フィルタリング状態に切り替わるときに、偏光分析カメラは、センサアレイを使用して画像をキャプチャしてよく、それにより偏光固有の画像のシーケンスがキャプチャされ、これらが表示されてもよいし、シーンの１つまたは複数のストークスパラメータをリアルタイムで決定するために使用されてもよい。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
偏光分析カメラであって、少なくとも２つの偏光フィルタリング状態に選択的に切り替わるように動作可能なマルチツイストリターダ構成要素であって、各偏光フィルタリング状態において、少なくとも２つの対応する偏光状態のうちの異なる１つを有する光を前記マルチツイストリターダ構成要素が通過させる、マルチツイストリターダ構成要素と、
前記マルチツイストリターダ構成要素を通過した光から２次元画像をキャプチャするように動作可能なセンサアレイと、
前記マルチツイストリターダ構成要素および前記センサアレイに動作可能に結合されたコントローラであって、
前記少なくとも２つの偏光フィルタリング状態を、偏光状態変化速度で連続的に繰り返すことを、前記マルチツイストリターダ構成要素に行わせ、
前記繰り返し中に前記マルチツイストリターダ構成要素が各偏光フィルタリング状態にあるとき、前記センサアレイに少なくとも１つの画像をキャプチャさせ、
前記キャプチャした画像を、少なくとも１つの非一時的プロセッサ可読ストレージ媒体に記憶する
ように構成されているコントローラと
を備える偏光分析カメラ。
【請求項2】
前記少なくとも２つの偏光フィルタリング状態が、４つの偏光フィルタリング状態を含む、請求項１に記載の偏光分析カメラ。
【請求項3】
前記偏光状態変化速度が、１秒当たり３０回の偏光フィルタリング状態の変化に等しいかそれ以上である、請求項１に記載の偏光分析カメラ。
【請求項4】
前記繰り返し中に前記マルチツイストリターダ構成要素が各偏光フィルタリング状態にあるとき、前記コントローラが、前記センサアレイに厳密に１つの画像をキャプチャさせる、請求項１に記載の偏光分析カメラ。
【請求項5】
前記少なくとも２つの偏光状態が、３つの一意の直線偏光状態と１つの円偏光状態とを含む、請求項１に記載の偏光分析カメラ。
【請求項6】
前記少なくとも２つの偏光状態が、水平な直線偏光状態と、垂直な直線偏光状態と、４５度の直線偏光状態とを含む、請求項１に記載の偏光分析カメラ。
【請求項7】
前記センサアレイが、電荷結合素子（ＣＣＤ）または相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）能動ピクセルセンサのうちの１つを備える、請求項１に記載の偏光分析カメラ。
【請求項8】
前記マルチツイストリターダ構成要素と前記センサアレイとの間に配置された光学器械であって、前記センサアレイに光を集束させるように動作可能な光学器械をさらに備える、請求項１に記載の偏光分析カメラ。
【請求項9】
前記マルチツイストリターダ構成要素と前記センサアレイとの間に配置された光学器械であって、前記マルチツイストリターダ構成要素からの光を、少なくとも１つの特性に関してフィルタリングするように動作可能な光学器械をさらに備える、請求項１に記載の偏光分析カメラ。
【請求項10】
前記コントローラが、前記キャプチャした画像を処理して１つまたは複数のストークスパラメータを生成するように動作可能である、請求項１に記載の偏光分析カメラ。
【請求項11】
前記コントローラが、前記キャプチャした画像を処理して、前記センサアレイのピクセルの少なくともサブセットのそれぞれに対して、１つまたは複数のストークスパラメータを生成するように動作可能である、請求項１に記載の偏光分析カメラ。
【請求項12】
前記コントローラが、前記画像のキャプチャ中にリアルタイムで、前記キャプチャした画像を処理して１つまたは複数のストークスパラメータを生成するように動作可能である、請求項１に記載の偏光分析カメラ。
【請求項13】
前記コントローラが、少なくとも１つの偏光固有の映像をディスプレイに表示させるように動作可能であり、前記少なくとも１つの映像が、前記マルチツイストリターダ構成要素の前記偏光フィルタリング状態のうちの１つに関してキャプチャされた画像のシーケンスを含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載の偏光分析カメラ。
【請求項14】
偏光分析カメラを動作させる方法であって、前記偏光分析カメラが、少なくとも２つの偏光フィルタリング状態に選択的に切り替わるように動作可能なマルチツイストリターダ構成要素であって、各偏光フィルタリング状態において、少なくとも２つの対応する偏光状態のうちの異なる１つを有する光を前記マルチツイストリターダ構成要素が通過させる、マルチツイストリターダ構成要素を備えており、前記偏光分析カメラがさらに、前記マルチツイストリターダ構成要素を通過した光から２次元画像をキャプチャするように動作可能なセンサアレイを備えており、前記方法が、前記少なくとも２つの偏光フィルタリング状態を、偏光状態変化速度で連続的に繰り返すことを、前記マルチツイストリターダ構成要素に行わせる段階と、
前記繰り返し中に前記マルチツイストリターダ構成要素が各偏光フィルタリング状態にあるとき、前記センサアレイに少なくとも１つの画像をキャプチャさせる段階と、
前記キャプチャした画像を、少なくとも１つの非一時的プロセッサ可読ストレージ媒体に記憶する段階と
を含む、方法。
【請求項15】
前記少なくとも２つの偏光フィルタリング状態が、４つの偏光フィルタリング状態を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項16】
前記偏光状態変化速度が、１秒当たり３０回の偏光フィルタリング状態の変化に等しいかそれ以上である、請求項１４に記載の方法。
【請求項17】
前記センサアレイに少なくとも１つの画像をキャプチャさせる段階は、前記繰り返し中に前記マルチツイストリターダ構成要素が各偏光フィルタリング状態にあるとき、厳密に１つの画像を前記センサアレイにキャプチャさせる段階を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項18】
前記キャプチャした画像を処理して１つまたは複数のストークスパラメータを生成する段階をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項19】
前記キャプチャした画像を処理してストークスパラメータを生成する段階が、前記キャプチャした画像を処理して、前記センサアレイのピクセルの少なくともサブセットのそれぞれに対して、１つまたは複数のストークスパラメータを生成する段階を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項20】
前記画像のキャプチャ中にリアルタイムで、前記キャプチャした画像を処理して１つまたは複数のストークスパラメータを生成する段階をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項21】
少なくとも１つの映像をディスプレイに表示させる段階であって、前記少なくとも１つの映像が、前記マルチツイストリターダ構成要素の前記偏光フィルタリング状態のうちの１つに関してキャプチャされた画像のシーケンスを含む、段階をさらに含む、請求項１４から２０のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は一般に撮像に関し、より詳細には、高忠実度の表面キャラクタリゼーション測定値を生成する偏光計を提供するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【0002】
光の測定は、科学、産業、セキュリティ、および他の分野などの様々な分野において有用な場合がある。強度および波長に加えて、光の偏光が、様々な物体またはシーンをキャラクタリゼーションするために測定されてよい。概して、偏光分析とは、横波、とりわけ無線波または光波などの電磁波の偏光を測定および解釈するものである。典型的には、偏光分析は、何らかの材料を通って進んできたか、その何らかの材料によって反射、屈折、または回折されてきた電磁波に対して実施されて、その物体をキャラクタリゼーションする。偏光計カメラ（または「偏光計」）は、リモートセンシング、エーロゾル粒子のキャラクタリゼーション、惑星検出、品質管理、生物活性の測定または検出、および多数の他の用途において使用されてよい。
【0003】
物体またはシーンの特性を、散乱または反射した光の偏光に基づき測定するために、偏光計は、物体から出る光の直線偏光および／または円偏光を測定するように動作可能であることが必要な場合がある。既存の設計は、空間内で偏光状態を分離するために、ビームスプリッタ、偏光素子、または移動部分の複雑な配置を利用しており、必要な偏光情報をキャプチャするために別個の撮像構成要素（例えば、レンズ、リターダ、センサアレイ）を必要とすることがある。例として、いくつかの偏光計は、ウォラストン・プリズムを利用してその偏光に基づき空間内で光を分離し、それにより別個の偏光構成要素を個々に分析することができる。しかし、これらの種類の偏光計は、比較的サイズが大きいことがあり、複数の光路および関連構成要素を必要とすることもあり、これにより空間的な位置合わせ誤差が生じるおそれがあり、複雑さ、コスト、信頼性、および空間に関する要件がさらに高まる。
【発明の概要】
【0004】
偏光分析カメラは、少なくとも２つの偏光フィルタリング状態に選択的に切り替わるように動作可能なマルチツイストリターダ構成要素であって、各偏光フィルタリング状態において、少なくとも２つの対応する偏光状態のうちの異なる１つを有する光を前記マルチツイストリターダ構成要素が通過させる、マルチツイストリターダ構成要素と、前記マルチツイストリターダ構成要素を通過した光から２次元画像をキャプチャするように動作可能なセンサアレイと、前記マルチツイストリターダ構成要素および前記センサアレイに動作可能に結合されたコントローラであって、少なくとも２つの偏光フィルタリング状態を、偏光状態変化速度で連続的に繰り返すことを、前記マルチツイストリターダ構成要素に行わせ、前記繰り返し中に前記マルチツイストリターダ構成要素が各偏光フィルタリング状態にあるとき、前記センサアレイに少なくとも１つの画像をキャプチャさせ、前記キャプチャした画像を、少なくとも１つの非一時的プロセッサ可読ストレージ媒体に記憶するように構成されているコントローラとを含むものとして要約されてよい。
【0005】
前記少なくとも２つの偏光フィルタリング状態は、４つの偏光フィルタリング状態を含んでいてよい。前記偏光状態変化速度は、１秒当たり３０回の偏光フィルタリング状態の変化に等しいかそれ以上であってよい。前記繰り返し中に前記マルチツイストリターダ構成要素が各偏光フィルタリング状態にあるとき、前記コントローラは、前記センサアレイに厳密に１つの画像をキャプチャさせてよい。前記少なくとも２つの偏光状態は、３つの一意の直線偏光状態と１つの円偏光状態とを含んでいてよい。前記少なくとも２つの偏光状態は、水平な直線偏光状態と、垂直な直線偏光状態と、４５度の直線偏光状態とを含んでいてよい。前記センサアレイは、電荷結合素子（ＣＣＤ）または相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）能動ピクセルセンサのうちの１つを含んでいてよい。
【0006】
偏光分析カメラは、前記マルチツイストリターダ構成要素と前記センサアレイとの間に配置された光学器械であって、前記センサアレイに光を集束させるように動作可能な光学器械をさらに含んでいてよい。
【0007】
偏光分析カメラは、前記マルチツイストリターダ構成要素と前記センサアレイとの間に配置された光学器械であって、前記マルチツイストリターダ構成要素からの光を、少なくとも１つの特性に関してフィルタリングするように動作可能な光学器械をさらに含んでいてよい。前記コントローラは、前記キャプチャした画像を処理して１つまたは複数のストークスパラメータを生成するように動作可能であってよい。前記コントローラは、前記キャプチャした画像を処理して、前記センサアレイのピクセルの少なくともサブセットのそれぞれに対して、１つまたは複数のストークスパラメータを生成するように動作可能であってよい。前記コントローラは、前記画像のキャプチャ中にリアルタイムで、前記キャプチャした画像を処理して１つまたは複数のストークスパラメータを生成するように動作可能であってよい。前記コントローラは、少なくとも１つの偏光固有の映像をディスプレイに表示させるように動作可能であってよく、前記少なくとも１つの映像は、前記マルチツイストリターダ構成要素の前記偏光フィルタリング状態のうちの１つに関してキャプチャされた画像のシーケンスを含む。
【0008】
偏光分析カメラを動作させる方法であって、前記偏光分析カメラが、少なくとも２つの偏光フィルタリング状態に選択的に切り替わるように動作可能なマルチツイストリターダ構成要素であって、各偏光フィルタリング状態において、少なくとも２つの対応する偏光状態のうちの異なる１つを有する光を前記マルチツイストリターダ構成要素が通過させる、マルチツイストリターダ構成要素を含んでおり、前記偏光分析カメラが、前記マルチツイストリターダ構成要素を通過した光から２次元画像をキャプチャするように動作可能なセンサアレイをさらに含んでおり、前記方法は、前記少なくとも２つの偏光フィルタリング状態を、偏光状態変化速度で連続的に繰り返すことを、前記マルチツイストリターダ構成要素に行わせる段階と、前記繰り返し中に前記マルチツイストリターダ構成要素が各偏光フィルタリング状態にあるとき、前記センサアレイに少なくとも１つの画像をキャプチャさせる段階と、前記キャプチャした画像を、少なくとも１つの非一時的プロセッサ可読ストレージ媒体に記憶する段階とを含むものとして要約されてよい。
【0009】
前記少なくとも２つの偏光フィルタリング状態は、４つの偏光フィルタリング状態を含んでいてよい。前記偏光状態変化速度は、１秒当たり３０回の偏光フィルタリング状態の変化に等しいかそれ以上であってよい。前記センサアレイに少なくとも１つの画像をキャプチャさせる段階は、前記繰り返し中に前記マルチツイストリターダ構成要素が各偏光フィルタリング状態にあるとき、厳密に１つの画像を前記センサアレイにキャプチャさせる段階を含んでいてよい。
【0010】
方法は、前記キャプチャした画像を処理して１つまたは複数のストークスパラメータを生成する段階をさらに含んでいてよい。
前記キャプチャした画像を処理してストークスパラメータを生成する段階は、前記キャプチャした画像を処理して、前記センサアレイのピクセルの少なくともサブセットのそれぞれに対して、１つまたは複数のストークスパラメータを生成する段階を含んでいてよい。
前記キャプチャした画像を処理してストークスパラメータを生成する段階は、前記キャプチャした画像を処理して、前記センサアレイのピクセルの少なくともサブセットのそれぞれに対して、１つまたは複数のストークスパラメータを生成する段階を含んでいてよい。
【0011】
方法は、前記画像のキャプチャ中にリアルタイムで、前記キャプチャした画像を処理して１つまたは複数のストークスパラメータを生成する段階をさらに含んでいてよい。
【0012】
方法は、少なくとも１つの映像をディスプレイに表示させる段階であって、前記少なくとも１つの映像が、前記マルチツイストリターダ構成要素の前記偏光フィルタリング状態のうちの１つに関してキャプチャされた画像のシーケンスを含む、段階をさらに含んでいてよい。
【図面の簡単な説明】
【0013】
図面では、同一の参照符号が同様の要素または動作を識別する。図面内の要素のサイズおよび相対位置は、必ずしも原寸に比例して描写されているわけではない。例えば、様々な要素および角度の形状は、必ずしも原寸に比例して描写されているわけではなく、これらの要素のいくつかは、図面の読みやすさを向上させるために任意に拡大および配置されていてよい。さらに、描写してある要素の特定の形状は、特定の要素の実際の形状に関するあらゆる情報を伝えることを必ずしも意図しているわけではなく、図面内での認識を容易にするためだけに選択されていてよい。
【0014】
【図1】非限定的に示された一実装形態による、例示的な偏光分析カメラの概略ブロック図である。
【0015】
【0016】
【図3】非限定的に示された一実装形態による、マルチツイストリターダが偏光フィルタリング状態を繰り返す間に画像を連続してキャプチャして、ストークスパラメータを決定するために使用可能な時分割された偏光固有の画像データを取得するための例示的なシーケンスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下の説明では、開示される様々な実装形態の十分な理解を実現するために、特定の具体的な詳細事項が記載される。しかし、これらの具体的な詳細事項のうちの１つもしくは複数がなくても、または他の方法、構成要素、材料などを用いても、実装形態を実施できることを、当業者は認識するであろう。他の例において、コンピュータシステム、サーバコンピュータ、および／または通信ネットワークに関連した周知の構造は、実装形態の説明を不必要に曖昧にするのを回避するために、詳細に図示または説明されていない。
【0018】
文脈上別段の解釈が必要な場合を除き、本明細書および以下の特許請求の範囲の全体を通して、「備える」という語は「含む」の同義語であり、包括的またはオープンエンドである（すなわち、付加的な、列挙されていない要素または方法の動作を除外しない）。
【0019】
本明細書全体を通して「一実装形態」または「実装形態」を参照することは、その実装形態に関して説明した特定の特徴、構造、または特性が、少なくとも１つの実装形態に含まれることを意味している。こうして、本明細書の全体を通して様々な箇所に「一実装形態において」または「実装形態において」という言い回しが出現するが、必ずしもすべてが同じ実装形態を参照しているわけではない。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、１つまたは複数の実装形態において、任意の好適な方法で組み合わされてよい。
【0020】
本明細書および添付の特許請求の範囲において使用するとき、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈により別段の明確な規定のない限り、複数の指示対象を含む。「または」という用語は、文脈により別段の明確な規定のない限り、「および／または」を含むその意味で概して使用されることに留意すべきである。
【0021】
本明細書に提示する見出しおよび要約書は、単に便宜上のものであり、実装形態の範囲または意味を解釈するものではない。
【0022】
本開示の１つまたは複数の実装形態は、高忠実度の表面キャラクタリゼーション測定値を取得するように動作可能な偏光分析カメラを提供するためのシステムおよび方法に関する。偏光分析カメラは、２つまたはそれ以上の偏光フィルタリング状態に選択的に切り替わるように動作可能なマルチツイストリターダ構成要素を含んでいてよく、各偏光フィルタリング状態のとき、マルチツイストリターダ構成要素は、特定の偏光状態または偏光配向を有する光（例えば、水平な直線偏光、垂直な直線偏光、４５度の直線偏光、円偏光）のみを通過させ、他の偏光状態を有する光を反射または吸収する。マルチツイストリターダが少なくとも２つの偏光フィルタリング状態に切り替わるときに、偏光分析カメラは、センサアレイを使用して画像をキャプチャしてよく、それにより偏光固有の画像または映像のシーケンスがキャプチャされ、これらが、表示されてもよいし、シーンのストークスパラメータをリアルタイムで決定するために使用されてもよい。有利なことに、偏光分析カメラは、受信光の空間的分離を必要としなくてよく、移動部分を有していなくてよく、これによりカメラの必要寸法、複雑さ、およびコストが減少するとともに、信頼性が向上する。向上した信頼性および性能は、偏光分析カメラが厳しい条件（例えば、温度、振動）に晒される様々な用途、ならびに／またはメンテナンスおよび構成要素の交換が特に煩わしい用途において、特に有益であり得る。
【0023】
図１～図３は、本開示の偏光分析カメラ１００の例示的な実施形態を示しており、この偏光分析カメラ１００は、ストークスパラメータまたは他の測定値を使用して、画像または映像のフレームからシーン１０２の複数の点の偏光プロファイルを決定するために使用されてよい。有利なことに、本明細書で説明するシステムおよび方法は、従来の方法よりも素早く、高い信頼性で、的確にストークスパラメータを生成することができるとともに、単一の光路を提供し、薄膜の光学構成要素を利用することにより、少なくともいくつかの実施形態において、必要とするフォームファクタがより小さい。偏光分析カメラ１００は、概して、マルチツイストリターダ構成要素１０４と、光学器械１０５と、センサアレイ１０６と、マルチツイストリターダ構成要素およびセンサアレイに動作可能に結合されたコントローラ１０８とを含んでいてよい。１つまたは複数のマルチツイストリターダを含んでいてよいマルチツイストリターダ構成要素１０４は、少なくとも２つの偏光フィルタリング状態に選択的に切り替わるように動作可能であってよい。各偏光フィルタリング状態において、マルチツイストリターダ構成要素１０４は、少なくとも２つの対応する偏光状態のうちの異なる一方を有する光を通過させ、他方の偏光状態または偏光配向の光を吸収または反射する。
【0024】
センサアレイ１０６は、マルチツイストリターダ構成要素１０４を通過し、光学器械１０５によって集束させられた光から、２次元画像をキャプチャするように動作可能であってよい。概して、コントローラ１０８は、偏光状態変化速度（例えば、１秒当たり１０回超、１秒当たり３０回超、１秒当たり５０回超）で少なくとも２つの偏光フィルタリング状態を連続的に繰り返すことを、マルチツイストリターダ構成要素１０４に行わせるように構成されてよい。マルチツイストリターダ構成要素が、繰り返し中に各偏光フィルタリング状態にあるとき、コントローラ１０８は、少なくとも１つの画像（例えば、１画像、２画像、多数の画像）をセンサアレイ１０６にキャプチャさせてよい。コントローラ１０８は、キャプチャした画像を画像データ１１２として、データストレージ１１０などの少なくとも１つの非一時的プロセッサ可読ストレージ媒体に記憶してよい。以下でさらに考察するように、偏光分析カメラ１００はストークス決定子モジュール１１４を含んでいてよく、このストークス決定子モジュール１１４は、画像データ１１２を処理して、シーン１０２に対してストークスパラメータの一部または全部を決定するように動作可能である。
【0025】
マルチツイストリターダ構成要素１０４は、複屈折材料から形成されてよい。複屈折とは、光の偏光および伝搬方向に依存した屈折率を有する材料の特性のことである。マルチツイストリターダは、それを通って進む光の偏光状態または位相を変化させる。マルチツイストリターダは、遅相軸（または異常軸）と進相軸（通常軸）とを有していてよい。偏光した光がマルチツイストリターダを通って進むとき、進相軸に沿った光は、遅相軸に沿った光より速く進む。概して、マルチツイストリターダ構成要素１０４は、波長板状の遅延膜であり、この遅延膜は、単一の薄膜において、正確なカスタマイズされたレベルの広帯域、狭帯域、または多帯域の遅延を提供するように構成されていてよい。より具体的には、マルチツイストリターダ構成要素１０４は、単一の基板上に、単一の配列層とともに、２つまたはそれ以上のツイスト液晶（ＬＣ）層を含んでいる。後続のＬＣ層は、前の層によって直接配列されて、簡単な製造が可能になり、自動的な層位置合わせが実現され、連続的に変化する光学軸を有するモノリシック膜が得られる。本明細書の他の箇所で考察するように、マルチツイストリターダ１０４は、複数の偏光フィルタリング状態に切り替え可能であり、少なくともいくつかの実装形態では、センサアレイに光を集束させる静的なまたは切り替え可能な回折パターンも含んでいてよい。マルチツイストリターダ構成要素１０４は、単一のマルチツイストリターダを含んでいてもよいし、互いに近接して配置された（例えば積層配置の）複数のマルチツイストリターダを含んでいてもよい。特定の用途に応じて、マルチツイストリターダ構成要素１０４は、波長の１つまたは複数の特定の領域（例えば、可視領域、特定の色の領域、赤外領域）に対して作用するように構成されていてよい。
【0026】
少なくともいくつかの実装形態において、偏光分析カメラ１００は、画像データ１１２、ストークス決定子モジュール１１４、ならびに／または他のプログラムおよびデータ１１６を記憶しているデータストレージ１１０を含んでいてよい。また、偏光分析カメラ１００は、様々なＩ／Ｏ構成要素１１８も含んでいてよく、このＩ／Ｏ構成要素１１８は、１つまたは複数のユーザインターフェース（例えば、ボタン、タッチパッド、スピーカ）、ディスプレイ、１つまたは複数の有線もしくは無線の通信インターフェースなどを含んでいてよい。例として、Ｉ／Ｏ構成要素１１８は、有線または無線の通信リンク１２２を介して偏光分析カメラ１００が外部デバイス１２０と通信できるようにする通信インターフェースを含んでいてよい。非限定的な例として、外部デバイス１２０は、ホストコンピュータ、サーバ、モバイルデバイス（例えば、スマートフォン、ウェアラブルコンピュータ）などを含んでいてよい。偏光分析カメラ１００の様々な構成要素は、単一のハウジングに収容されてもよいし、１つまたは複数の別個のハウジング（例えば、ホストコンピュータ）に収容されてもよいし、これらの任意の組み合わせであってもよい。
【0027】
上で述べたように、偏光分析カメラ１００は、ストークパラメータ（例えば、パラメータＳ０、Ｓ１、Ｓ２、およびＳ３）を使用して、映像または画像フレーム１２４（図２）からシーン１０２の複数の点の偏光プロファイルを決定するために使用されてよい。偏光分析カメラ１００は、それぞれのストークスパラメータをリアルタイムで（または、ほぼリアルタイムで）決定するのに十分な個数の一意のシーン画像１２４を生成するように動作可能であってよい。そのようなパラメータは、シーン１０２において１つまたは複数の物体をキャラクタリゼーションするために使用されてよい。
【0028】
少なくともいくつかの実装形態において、マルチツイストリターダ構成要素１０４は、複数の（例えば、２つ、３つ、４つの）偏光フィルタリング状態に選択的に切り替わるように、またはそれらの偏光フィルタリング状態を繰り返すように、制御されてよい。ストークスパラメータを決定するために必要とされる一意の画像を取得するのに要する時間は、少なくとも部分的に、マルチツイストリターダ構成要素１０４の切り替え速度とセンサアレイ１０６のフレームレートとによって決定されてよい。例として、４つの偏光フィルタリング状態（例えば、３つの直線偏光状態または配向と１つの円偏光状態）にマルチツイストリターダ構成要素１０４が切り替わる実装形態において、４つの一意の画像をキャプチャするのに要する時間は、マルチツイストリターダ構成要素１０４が４つの状態に切り替わるのに要する時間であってよく、その間に、マルチツイストリターダが各偏光フィルタリング状態にあるうちにセンサアレイ１０６は少なくとも１つの画像をキャプチャする。
【0029】
図２に示してある例２００において、シーン１０２は、水平軸Ｘと、Ｘ軸に対して垂直な垂直軸Ｙと、Ｘ軸およびＹ軸に対して垂直なＺ軸とを有していてよい。偏光分析カメラ１００のオペレータは、シーン１０２の偏光情報の取得を所望しており、このシーン１０２は、１つまたは複数の物体、風景、もしくは任意の他のシーンであってよい。
【0030】
上で考察したように、マルチツイストリターダ構成要素１０４は、複数の偏光フィルタリング状態に切り替え可能であってよい。例として、マルチツイストリターダは、４つの偏光状態に設定可能であってよく、これら４つの偏光状態は、それぞれ水平な直線状に偏光した光、垂直な直線状に偏光した光、４５度（または他の角度）の直線状に偏光した光、および円形状に偏光した光を通過させる。
【0031】
図３の例示的なフレームシーケンス３００によって示してあるように、動作中、コントローラ１０８は、異なる偏光フィルタリング状態Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、およびＰ４をマルチツイストリターダ構成要素１０４に反復的に繰り返させてよく、その間に画像またはフレームをキャプチャするようセンサアレイ１０６も制御する。示してあるフレームシーケンス３００において、４つのフレームのセット（例えば、フレーム１～４を含むセット３０２、フレーム５～８を含むセット３０４）は、マルチツイストリターダ構成要素１０４が４つの偏光フィルタリング状態Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４のうちの異なる１つにあったときにそれぞれキャプチャされた４つの画像に対応している。こうして、偏光分析カメラ１００は、４つの独立した偏光固有の画像シーケンスまたは映像を生成することができ、各映像は、マルチツイストリターダ構成要素１０４によって提供された異なる偏光フィルタを使用して、シーン１０２をキャプチャしている。
【0032】
光学器械１０５は、マルチツイストリターダ構成要素１０４から受信した光をセンサアレイ１０６に集束させる１つまたは複数のレンズを含んでいてよい。光学器械１０５は、カラーフィルタまたは他の種類の光学器械など、光の少なくとも１つの特性をフィルタリングまたは修正する１つまたは複数の他の光学器械をさらに含んでいてよい。光学器械１０５は、複数の光学素子を含んでいてよく、例示的な図に示してある位置とは異なる光路の位置に位置付けられてよい。少なくともいくつか実装形態において、マルチツイストリターダ構成要素１０４は、センサアレイ１０６に光を集束させるように動作可能であってよい１つまたは複数の静的または動的な回折パターンを提供するように構成されてよい。そのような実装形態において、光学器械１０５は修正されてもよいし、省略さえされてもよい。
【0033】
非限定的な例として、センサアレイ１０６は、電荷結合素子（ＣＣＤ）または相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）センサアレイなどの２次元センサアレイを含んでいてよい。より全般的に、センサアレイ１０６は、特定の用途に適した機能を提供する任意の適切な光受容器を使用して実装されてよい。
【0034】
シーン１０２は、光線１２６を提供（例えば反射）し、この光線１２６が、マルチツイストリターダ構成要素１０４によって受信されてよい。わかりやすくするために図示していないが、偏光分析カメラ１００は、シーン１０２とマルチツイストリターダ構成要素１０４との間に配置された１つまたは複数の光学素子を含んでいてよい。光線１２６は、概して、図２に示してあるＺ軸の方向に放出される。マルチツイストリターダ構成要素１０４は、マルチツイストリターダ構成要素１０４の現在の偏光フィルタリング状態に依存した偏光状態または偏光配向（例えば、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、またはＰ４）に偏光された光線１２８を、光学器械１０５に提供してよい。光学器械１０５は、偏光されたそれぞれの光線１３０を、シーン画像１２４としてセンサアレイ１０６に提供してよい。
【0035】
マルチツイストリターダ構成要素１０４の偏光フィルタリング状態は、センサアレイ１０６に対して任意の配向を有していてよい。非限定的な例として、少なくともいくつかの実装形態では、マルチツイストリターダ構成要素は、水平方向に透過軸が配向された直線偏光子を提供する第１の偏光フィルタリング状態と、垂直方向に透過軸が配向された直線偏光子を提供する第２の偏光フィルタリング状態と、水平方向に対して４５度の角度に透過軸が配向された直線偏光子を提供する第３の偏光フィルタリング状態と、垂直方向に進相軸が配向された円偏光子を提供する第４の偏光フィルタリング状態とを実装するように構成されてよい。
【0036】
本明細書で考察するように、画像または映像フレーム１２４は、画像データ１１２（図１）としてデータストレージ１１０に記憶されてよく、ストークス決定子モジュール１１４または他のプログラムを使用して処理されてよい。例えば、ストークス決定子モジュールは、４つの偏光固有の画像の１つまたは複数のセットのピクセル値を利用し、既知の式を使用してシーン１０２の各点に対するストークスパラメータを取得してよい。ストークスパラメータは、ディスプレイを介してユーザに提供されてもよいし、任意の他の方法でユーザに通信されてもよい。少なくともいくつかの実装形態において、偏光分析カメラ１００は、シーン１０２の偏光固有の映像または画像を、ディスプレイを介してユーザに表示してよい。
【0037】
図示したコンピューティングシステムおよびデバイスは、単なる例示に過ぎず、本開示の範囲を限定することを意図していないことが理解される。例えば、偏光分析カメラ１００および／または外部デバイス１２０は、インターネットなどの１つまたは複数のネットワークを通すこと、またはウェブを介することを含め、図示していない他のデバイスに接続されてよい。より全般的に、そのようなコンピューティングシステムまたはデバイスは、適切なソフトウェアでプログラムされるか他の方法で構成されたときなどに、相互作用できかつ説明した種類の機能を実行できる任意の組み合わせのハードウェアを備えていてよく、これらのハードウェアは、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、スレートコンピュータ、タブレットコンピュータ、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）システム、または他のコンピュータ、スマートフォンコンピューティングデバイス、および他の携帯電話、インターネット機器、ＰＤＡ、および他の電子手帳、データベースサーバ、ネットワークストレージデバイス、および他のネットワークデバイス、無線電話、ページャ、（例えば、セットトップボックス、および／またはパーソナル／デジタルビデオレコーダ、および／またはゲームコンソール、および／またはメディアサーバを使用した）テレビベースのシステム、および適切な相互通信能力を含む様々な他の消費者製品を含むが、これらに限定されない。例えば、図示してある偏光分析カメラ１００は、少なくともいくつかの実施形態において、実行可能ソフトウェア命令および／またはデータ構造を含んでいてよく、この実行可能ソフトウェア命令および／またはデータ構造は、特定のコンピューティングシステムまたはデバイスにロードされかつ／またはそれらによって実行されたときに、これらのシステムまたはデバイスのプロセッサを構成するなど、これらのシステムまたはデバイスをプログラムするか他の方法で構成するために、使用されてよい。代替的に、他の実施形態においては、ソフトウェアシステムの一部または全部が別のデバイス上のメモリで実行され、図示してあるコンピューティングシステム／デバイスと、コンピュータ間通信を介して通信してよい。加えて、様々なアイテムが、様々なときに（例えば使用中に）メモリまたはストレージに記憶されるものとして示されているが、これらのアイテムまたはその一部分は、メモリ管理および／またはデータ完全性を目的として、メモリとストレージとの間でおよび／または（例えば異なる場所にある）ストレージデバイス間で、転送されることが可能である。
【0038】
こうして、少なくともいくつかの実施形態において、図示してあるシステムは、プロセッサおよび／または他のプロセッサ手段によって実行されたとき、そのシステムについて説明した動作を自動的に実行するようプロセッサをプログラムするソフトウェア命令を含むソフトウェアベースのシステムである。さらに、いくつかの実施形態において、システムの一部または全部は、１つまたは複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、標準的な集積回路、（例えば、適切な命令を実行することによる、かつマイクロコントローラおよび／または埋め込みコントローラを含むことによる）コントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、コンプレックスプログラマブルロジックデバイス（ＣＰＬＤ）などを含むがこれらに限定されない少なくとも部分的にファームウェア手段および／またはハードウェア手段などの他の方法で、実装または提供されてよい。システムまたはデータ構造の一部または全部は、適切なドライブによって読み取られるか適切な接続を介して読み取られるハードディスクもしくはフラッシュドライブなどの非一時的コンピュータ可読ストレージ媒体、または他の不揮発性ストレージデバイス、揮発性もしくは不揮発性のメモリ（例えばＲＡＭ）、ネットワークストレージデバイス、または携帯型メディア物品（例えば、ＤＶＤディスク、ＣＤディスク、光ディスク、フラッシュメモリデバイスなど）にも、（例えばソフトウェア命令コンテンツまたは構造化データコンテンツとして）記憶されてよい。システム、モジュール、およびデータ構造は、いくつかの実施形態において、無線ベースおよび有線／ケーブルベースの媒体を含む様々なコンピュータ可読伝送媒体で、生成されたデータ信号として（例えば、搬送波または他のアナログもしくはデジタルの伝搬信号の一部として）送信されてもよく、様々な（例えば、単一もしくは多重化のアナログ信号の一部としての、または複数の別個のデジタルパケットもしくはフレームとしての）形態を取ることができる。また、そのようなコンピュータプログラム製品は、他の実施形態において他の形態を取ってもよい。したがって、本開示は、他のコンピュータシステム構成とともに実施されてよい。
【0039】
本明細書に記載の方法またはアルゴリズムの多くは、付加的な動作を利用してよく、いくつかの動作を省略してよく、かつ／または指定されたものとは異なる順序で動作を実行してよいことを、当業者は認識するであろう。
【0040】
上で説明した様々な実装形態を組み合わせて、さらなる実装形態を提供することができる。上述した説明に鑑み、上記その他の変更を実装形態に加えることができる。概して、以下の特許請求の範囲において、使用される用語は、本明細書および特許請求の範囲において開示された特定の実装形態に特許請求の範囲を限定するものと解釈されるべきではなく、このような特許請求の範囲に権利付与される等価物の全範囲とともに、すべての可能な実装形態を含むものと解釈されるべきである。したがって、特許請求の範囲は、本開示によって限定されない。
【図1】
【図2】
【図3】
【国際調査報告】