鈴木まず偏光の前に光について説明させてください。ご存知の方も多いと思いますが、光は粒子と波の２つの性質から成り立っています。波の性質に着目すると、波は振幅と波長から構成されます(図1)。私たちの目には光の振幅を明るさ、波長を色としてとらえることができます。また波には振動方向があり、どの面に対して振動するかという要素もあります。この振動方向は私たちの目には認識できないのですが、太陽の光などはさまざまな方向の振動をする波から構成されています。この振動方向が一方向に限定されている光を、偏った光、偏光と呼びます。逆に太陽光など複数の振動方向を持つ光は無偏光と呼ばれます(図2)。

鈴木偏光は、目で認識できていませんが身近にある光です。自然環境下では光沢のある被写体の表面で光が反射するときに無偏光が偏光に変化するという不思議な性質があります。例えば、窓ガラスなどに反射している映り込みは、偏光になりますね。またテレビやパソコンのモニターに使われている液晶ですが、内部に偏光フィルターというものを使用しており、このフィルターを通すと光の振動方向が限定されて透過し、偏光になります。いつも見ているテレビの光って、実は偏光を見ているということになるんですよ。

鈴木この偏光フィルター、無偏光を通すと偏光になるのですが、逆に偏光を通すと、振動方向をうまく合わせることで光を遮断することができます。この性質は偏光サングラスなどで使われていて、裸眼ではまぶしく見える路面反射が偏光サングラスをかけると軽減されるという例を挙げるとわかりやすいかと思います。これは反射光は特定の偏光角を持っており、それを遮断する方向の偏光シートがサングラス上に実装されていることで、反射光がカットされるためです。このように偏光は身近な場面でも利用されている現象です。

佐々木偏光カメラの利点はいくつかあります。
偏光カメラの利点をお話する前に、まず偏光フィルターについてご説明します。
先ほどお話しいただいたように、偏光フィルターをカメラのレンズに装着することで、映り込みを含めた被写体の反射を低減することができます。ただ、使用にはコツがあり、偏光フィルターを回転させて反射が最大限取り除ける角度に調整する作業が必要です。これは太陽の位置や被写体が変わるたび、都度調整する必要があるので手間がかかります。

佐々木そうですね。偏光フィルターの問題点として、仕組み上、特定角度の偏光しか低減できないこと、撮影後は修正ができないことがあげられます。ショーウィンドウのような1枚の平面の反射を抑える場合は問題ないですが、車のフロントガラスやサイドガラスのように面の方向が違う反射を同時に低減することは難しくなります（図３）。また、当たり前の話ですが、1度撮影した画像には偏光情報が含まれていないので、やり直すにはもう１度同じ条件下で、偏光フィルターの角度を変えて撮影する必要があります。

佐々木 一方で偏光カメラの利点はまさに偏光フィルターの問題点を解決できることです。

偏光カメラの特長はイメージャーには画素毎に異なる方向の偏光子が貼り合わせてあることです(図4)。偏光子の設定されている角度は4方向あるので、偏光フィルターを4つ同時に使用しているような構成になっています（図5）。

佐々木 4つの方向を持つので、補間することでその中間の角度も計算で求めることができます。
例えば0°と45°の間の30°に偏光フィルターを設置した光の状態も計算で求めることができるんです（図６）。

つまり偏光フィルターの回転を計算で求めることができるので、偏光カメラの場合は取り敢えず撮影してしまって大丈夫なのです。後から計算でどんな角度の偏光フィルターの状態も再現できますから。

佐々木はい。しかもこれを画素毎で行うことができるんです。ですので偏光カメラの場合、フロントガラスとかサイドガラスとか関係なくいろいろな角度の反射面があっても、全て映り込みを抑えることができます。
偏光カメラのこの特長は強力で、画像を撮影するというより偏光情報を記録していると言ったほうがイメージとしてわかりやすいかもしれません。偏光情報を記録しているので後から再計算で好きな画像を求めることもできます。

これは反射の映り込みを抑えた画像だけでなく、偏光・無偏光の割合(偏光度)や被写体の反射面の方向(面法線)、透過物にかかる圧力の状態なども計算で可視化することができます。
（図7、図8、図9）