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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-09-15
(45)【発行日】2022-09-27
(54)【発明の名称】撮影システム及び画像処理装置並びに画像処理方法
(51)【国際特許分類】
G01J 4/04 20060101AFI20220916BHJP
G01N 21/23 20060101ALI20220916BHJP
G01N 21/17 20060101ALI20220916BHJP
G03B 11/00 20210101ALI20220916BHJP
G03B 15/05 20210101ALI20220916BHJP
G03B 15/02 20210101ALI20220916BHJP
G03B 15/00 20210101ALI20220916BHJP
【ＦＩ】
G01J4/04 A
G01N21/23
G01N21/17 A
G03B11/00
G03B15/05
G03B15/02 F
G03B15/02 R
G03B15/00 T
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2017252990
(22)【出願日】2017-12-28
(65)【公開番号】P2019120501
(43)【公開日】2019-07-22
【審査請求日】2020-12-02
(73)【特許権者】
【識別番号】399126639
【氏名又は名称】日本ビジュアルサイエンス株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】506209422
【氏名又は名称】地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター
(74)【代理人】
【識別番号】100093067
【弁理士】
【氏名又は名称】二瓶 正敬
(72)【発明者】
【氏名】滝 克彦
(72)【発明者】
【氏名】海老澤 瑞枝
(72)【発明者】
【氏名】磯田 和貴
【審査官】小澤 瞬
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１３－０１５４４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００５－５０９１５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－０７５３２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０１１６３９７（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２００７－１９９０８７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－１４５３０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特許第５５８２５８４（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】特開２０１７－０５８５５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－１２１９３５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５９－１１４４４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】Hillar ABEN et al.，Photoelastic tomography for residual stress measurement in glass，OPTICAL ENGINEERING，2005年09月，Vol.44, No.9，pp.093601-1~093601-8
【文献】村越 英樹 他，偏光イメージングのための多角的撮像システムの樹脂成形品評価への応用，プラスチックス，2016年10月，第６７巻第１０号，pp.7-11
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｊ ３／００ － Ｇ０１Ｊ ４／０４
Ｇ０１Ｊ ７／００ － Ｇ０１Ｊ ９／０４
Ｇ０１Ｎ ２１／００ － Ｇ０１Ｎ ２１／０１
Ｇ０１Ｎ ２１／１７ － Ｇ０１Ｎ ２１／６１
Ｇ０１Ｎ ２１／８４ － Ｇ０１Ｎ ２１／９５８
ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の光源と、前記第１の光源から入射された光を、第１の偏光状態に変更して透過させる第１の光学素子と、
前記第１の光学素子から入射された光を、第２の偏光状態に変更して透過させる第２の光学素子と、
前記第１の光学素子と前記第２の光学素子との間の光軸上に被写体が配置されていない場合には、前記第２の光学素子から入射された光を受光して電気信号に変換し、前記第１の光学素子と前記第２の光学素子との間の光軸上に前記被写体が配置されている場合には、前記被写体を透過した光を含めて前記第２の光学素子から入射された光を受光して電気信号に変換し、前記電気信号を画像データとして出力する撮影処理を行うよう構成されている撮影装置と、
前記被写体を支持するととともに、前記被写体を回転させて、前記光軸に対して前記被写体の向きを変更するよう構成されている回転装置と、
前記第１の光学素子、前記第２の光学素子、前記回転装置を制御して、前記第１の偏光状態、前記第２の偏光状態、前記被写体の向きの各条件を組み合わせた複数通りの状態を作るよう構成されており、前記複数通りの状態の各状態において順次、前記撮影処理を行うよう前記撮影装置を制御する撮影制御装置とを、
有する撮影システムであって、
前記被写体よりも前記撮影装置側に配置されているとともに前記撮影装置による撮影範囲外に設けられており、前記光軸と重ならないように前記光軸の円周方向に沿って光源が配列されたリング形状の第２の光源をさらに有し、
前記撮影制御装置は、さらに前記第２の光源を制御して、前記第１の光源の点灯／消灯、前記第２の光源の点灯／消灯、前記第１の偏光状態、前記第２の偏光状態、前記被写体の向きの各条件を組み合わせた複数通りの状態を作るよう構成されており、
前記第１の光源は、前記撮影装置から前記被写体を見た場合に逆光となる位置に配置されて いる撮影システム。
【請求項2】
前記撮影制御装置は、さらに前記第１の光源を制御して、前記第１の光源の点灯／消灯、前記第１の偏光状態、前記第２の偏光状態、前記被写体の向きの各条件を組み合わせた複数通りの状態を作るよう構成されている請求項１に記載の撮影システム。
【請求項3】
前記第１の光学素子は、前記第１の光源側から偏光子、波長板の順に配置された構成を有し、前記撮影制御装置は、前記偏光子の透過軸方位及び前記波長板の主軸方位の少なくとも一方又は両方の方位角度を設定することで、前記第１の偏光状態を所望の状態に設定するよう構成されている請求項１又は２に記載の撮影システム。
【請求項4】
前記第１の光学素子は、あらかじめ主軸方位が設定された複数の波長板を有し、前記撮影制御装置は、前記複数の波長板を切り替えて、前記複数の波長板のいずれか１つが前記光軸上に配置された状態、又は、前記複数の波長板のいずれも前記光軸上に配置されない状態とすることで、前記第１の偏光状態を所望の状態に設定するよう構成されている請求項３に記載の撮影システム。
【請求項5】
前記第２の光学素子は、前記第１の光源側から波長板、偏光子の順に配置された構成を有し、前記撮影制御装置は、前記波長板の主軸方位及び前記偏光子の透過軸方位の少なくとも一方又は両方の方位角度を設定することで、前記第２の偏光状態を所望の状態に設定するよう構成されている請求項１から４のいずれか１つに記載の撮影システム。
【請求項6】
前記第２の光学素子の前記波長板は、前記光軸の方向を回転軸として回転可能なよう構成されており、前記撮影制御装置は、前記第２の光学素子の前記波長板を回転させて前記波長板の主軸
方位の方位角度を設定することで、前記第２の偏光状態を所望の状態に設定するよう構成されている請求項５に記載の撮影システム。
【請求項7】
前記第２の光学素子は、あらかじめ透過軸方位が設定された複数の偏光子を有し、前記撮影制御装置は、前記複数の偏光子を切り替えて、前記複数の偏光子のいずれか１つが前記光軸上に配置された状態、又は、前記複数の偏光子のいずれも前記光軸上に配置されない状態とすることで、前記第２の偏光状態を所望の状態に設定するよう構成されている請求項５又は６に記載の撮影システム。
【請求項8】
前記第１の光源は、特定の波長の光、又は、特定の波長の光を組み合わせて得られる特定の色の光を発光するよう構成されている請求項１から７のいずれか１つに記載の撮影システム。
【請求項9】
前記第２の光源は、特定の波長の光、又は、特定の波長の光を組み合わせて得られる色の光を発光するよう構成されている請求項１から８のいずれか１つに記載の撮影システム。
【請求項10】
前記被写体が前記光軸上に配置されている場合、及び、前記被写体が前記光軸上に配置されていない場合のそれぞれについて、前記複数通りの状態の各状態において前記撮影処理を行うよう構成されている請求項１から９のいずれか１つに記載の撮影システム。
【請求項11】
前記回転装置は、複数の前記被写体を支持するととともに、前記光軸に対して前記複数の被写体のそれぞれの向きを同期して又はそれぞれ独立して変更するよう構成されている請求項１から１０のいずれか１つに記載の撮影システム。
【請求項12】
前記請求項１から１１のいずれか１つに記載の撮影システムによって得られた、前記複数通りの状態の各状態に対応する複数の画像データを用いて画像処理を行うよう構成されている画像処理装置。
【請求項13】
前記複数の画像データのそれぞれに含まれる各ピクセルの輝度値を用いて、前記各ピクセルに対応した前記被写体の偏光特性を表す数値を計算する偏光計算部と、前記偏光計算部によって計算された前記各ピクセルに対応した前記被写体の偏光特性を表す前記数値を用いて、新たな画像データを生成する画像データ生成部とを、
有する請求項１２に記載の画像処理装置。
【請求項14】
前記複数の画像データ、及び、前記複数の画像データから生成された新たな画像データから選択された画像データ群について、Ｎ（Ｎは２以上の整数）次元配列フォーマットにおける配置位置を表すように定められる命名規則に従って、前記画像データ群に含まれる各画像データに対してファイル名を付け、前記各画像データに前記ファイル名が付けられた画像データ群を含む表示用画像データファイルを生成する表示用画像データファイル生成部を有する請求項１２又は１３に記載の画像処理装置。
【請求項15】
前記請求項１から１１のいずれか１つに記載の撮影システムによって得られた、前記複数通りの状態の各状態に対応する複数の画像データを、所定の記憶装置から読み出すステップと、前記所定の記憶装置から読み出された前記複数の画像データを用いた画像処理を行うステップとを、
有する画像処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、偏光を用いてサンプル（試料）を観察するために、当該サンプルを被写体として写真撮影を行う撮影システム及び画像処理装置並びに画像処理方法に関する。なお、本明細書では、偏光を用いてサンプルを観察することを偏光観察と記載することがある。
【背景技術】
【0002】
光は電磁波の一種で、「波」の性質を持っており、波長によって紫外線、可視光、赤外線などと分類される。偏光（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）とは、特定方向に振動している光で、例えば、所定の光源から出た光を偏光子に透過させることで人工的に生成することができる。
【0003】
偏光を用いた観察では、自然光や肉眼で見えない／見えにくい構造をうまく可視化できる可能性がある。光沢があったり、黒や透明、構造色を持つような対象が偏光下では、複屈折と干渉を経て、色がついたり、輪郭が強調されて見やすく効果的に観察することができる。
【0004】
ガラスやポリカーボネートなど透明な材料に応力を加え、偏光下で観察すると、ひずみによって複屈折した偏光に位相差が生じ、干渉縞が現れる。これを光弾性（Ｐｈｏｔｏｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ）と言い、材料の応力分布を解析する実験法としてよく使われる。約２００年前から知られている現象である。
【0005】
偏光観察のための既存製品としては、偏光子を組み込んだ専用カメラが実用化されている。偏光下で実験や現象を高速度撮影する場合などに有利とされるが、コストが高く、専用ハードウェアまで必要なケースは限定的である。
（株式会社フォトニックラティス http://www.photonic-lattice.com/、株式会社フォトロン http://www.photron.co.jp/を参照）
（株式会社フォトニックラティス http://www.photonic-lattice.com/、株式会社フォトロン http://www.photron.co.jp/を参照）
【0006】
偏光顕微鏡は結晶や鉱物の観察に良く用いられる。偏光顕微鏡は１００μｍ以下といった高分解能な観察が可能だが、それ故に視野が狭く、数ｃｍ以上の機械部品相当のサイズの全体像を一度に観察することはできない。
【0007】
光源と偏光板のみから構成された、安価に偏光観察を行う製品も存在するが、テーブル上に置いた試料を単に見る、簡易的な用途を目的としている。
（http://www.mecan.co.jp/Visualization/strain_viewer/index.htmlを参照）
（http://www.mecan.co.jp/Visualization/strain_viewer/index.htmlを参照）
【0008】
下記の特許文献１では、鉱物の内部歪みを観察する装置が開示されている。
【0009】
また、下記の特許文献２では、被測定物内部の欠陥と歪みを測定できる装置が開示されている。
【0010】
また、下記の特許文献３では、偏光観察に限定されず、カメラを用いて被写体を様々な視野から撮影する技術が開示されている。
【0011】
複数の画像を３次元的につなぎ合わせて、現実に近い視界をムービーで表現する技術として、ＱｕｉｃｋＴｉｍｅ ＶＲ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ）（登録商標）が知られている。ＱｕｉｃｋＴｉｍｅ ＶＲには、カメラを中心として周囲の視野や空間を観察できるＱｕｉｃｋＴｉｍｅ ＶＲパノラマと、対象物を３次元的に回して観察できるＱｕｉｃｋＴｉｍｅ ＶＲオブジェクトムービーの２種類が存在する。また、Ｗｅｂブラウザ上で対象物を３次元的に回して観察できる技術として、Ｗｅｂ３ＤやＨＴＭＬ５が知られている。
【0012】
一方、特許文献４では、３次元画像データを入力とし、レンダリングされた画像から利便性の高い表示用画像データファイルを生成する技術が開示されている。
【0013】
近年ではＡｒｄｕｉｎｏ、ｍｂｅｄといったマイコンボードや関連書籍が市販され、これらを用いてプログラムを記述し、モータや電子デバイスを制御する方法は公知となっている。
【0014】
ＯｐｅｎＣＶ、Ｑｔといった開発ツールを用いてプログラムを記述することでユーザインタフェースを構築したり、画像データに対して様々な画像処理を行ったりすることは公知となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0015】
【文献】特開２００９－１０３６３４号公報
【文献】特開２００９－２５０９１１号公報
【文献】特開２０１５－０１２３７５号公報
【文献】特許５５８２５８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0016】
偏光観察では光源、偏光板の角度、被写体の回転などによって、見え方は様々に変化する。偏光による干渉色は、偏光板の角度、また被写体の複屈折値と厚みに相関して変化するため、被写体を一定の条件で単一方向のみから観察していたのでは、その色分布を全体的に把握できない。偏光観察において良く見える有用な画像データを得るためには、撮像時の手間暇とノウハウを要するのが実情である。
【0017】
本発明は、上記の問題点を考慮し、偏光観察に有用な多数の画像データを簡単かつ迅速に得ることができる撮影システム、及び、この撮影システムによって得られた画像データの処理を行う画像処理装置及び画像処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0018】
上記の目的を達成するため、本発明の撮影システムは、
第１の光源と、
前記第１の光源から入射された光を、第１の偏光状態に変更して透過させる第１の光学素子と、
前記第１の光学素子から入射された光を、第２の偏光状態に変更して透過させる第２の光学素子と、
前記第１の光学素子と前記第２の光学素子との間の光軸上に被写体が配置されていない場合には、前記第２の光学素子から入射された光を受光して電気信号に変換し、前記第１の光学素子と前記第２の光学素子との間の光軸上に前記被写体が配置されている場合には、前記被写体を透過した光を含めて前記第２の光学素子から入射された光を受光して電気信号に変換し、前記電気信号を画像データとして出力する撮影処理を行うよう構成されている撮影装置と、
前記被写体を支持するととともに、前記被写体を回転させて、前記光軸に対して前記被写体の向きを変更するよう構成されている回転装置と、
前記第１の光学素子、前記第２の光学素子、前記回転装置を制御して、前記第１の偏光状態、前記第２の偏光状態、前記被写体の向きの各条件を組み合わせた複数通りの状態を作るよう構成されており、前記複数通りの状態の各状態において順次、前記撮影処理を行うよう前記撮影装置を制御する撮影制御装置とを、
有する撮影システムであって、
前記被写体よりも前記撮影装置側に配置されているとともに前記撮影装置による撮影範囲外に設けられており、前記光軸と重ならないように前記光軸の円周方向に沿って光源が配列されたリング形状の第２の光源をさらに有し、
前記撮影制御装置は、さらに前記第２の光源を制御して、前記第１の光源の点灯／消灯、前記第２の光源の点灯／消灯、前記第１の偏光状態、前記第２の偏光状態、前記被写体の向きの各条件を組み合わせた複数通りの状態を作るよう構成されており、
前記第１の光源は、前記撮影装置から前記被写体を見た場合に逆光となる位置に配置されている。
第１の光源と、
前記第１の光源から入射された光を、第１の偏光状態に変更して透過させる第１の光学素子と、
前記第１の光学素子から入射された光を、第２の偏光状態に変更して透過させる第２の光学素子と、
前記第１の光学素子と前記第２の光学素子との間の光軸上に被写体が配置されていない場合には、前記第２の光学素子から入射された光を受光して電気信号に変換し、前記第１の光学素子と前記第２の光学素子との間の光軸上に前記被写体が配置されている場合には、前記被写体を透過した光を含めて前記第２の光学素子から入射された光を受光して電気信号に変換し、前記電気信号を画像データとして出力する撮影処理を行うよう構成されている撮影装置と、
前記被写体を支持するととともに、前記被写体を回転させて、前記光軸に対して前記被写体の向きを変更するよう構成されている回転装置と、
前記第１の光学素子、前記第２の光学素子、前記回転装置を制御して、前記第１の偏光状態、前記第２の偏光状態、前記被写体の向きの各条件を組み合わせた複数通りの状態を作るよう構成されており、前記複数通りの状態の各状態において順次、前記撮影処理を行うよう前記撮影装置を制御する撮影制御装置とを、
有する撮影システムであって、
前記被写体よりも前記撮影装置側に配置されているとともに前記撮影装置による撮影範囲外に設けられており、前記光軸と重ならないように前記光軸の円周方向に沿って光源が配列されたリング形状の第２の光源をさらに有し、
前記撮影制御装置は、さらに前記第２の光源を制御して、前記第１の光源の点灯／消灯、前記第２の光源の点灯／消灯、前記第１の偏光状態、前記第２の偏光状態、前記被写体の向きの各条件を組み合わせた複数通りの状態を作るよう構成されており、
前記第１の光源は、前記撮影装置から前記被写体を見た場合に逆光となる位置に配置されている。
【0019】
また、上記目的を達成するため、本発明の画像処理装置は、上記の撮影システムによって得られた、前記複数通りの状態の各状態に対応する複数の画像データを用いて画像処理を行うよう構成されている。
【0020】
また、上記の目的を達成するため、本発明の画像処理方法は、
上記の撮影システムによって得られた、前記複数通りの状態の各状態に対応する複数の画像データを、所定の記憶装置から読み出すステップと、
前記所定の記憶装置から読み出された前記複数の画像データを用いた画像処理を行うステップとを、
有する。
上記の撮影システムによって得られた、前記複数通りの状態の各状態に対応する複数の画像データを、所定の記憶装置から読み出すステップと、
前記所定の記憶装置から読み出された前記複数の画像データを用いた画像処理を行うステップとを、
有する。
【発明の効果】
【0021】
本発明によれば、ユーザは手間暇をかけずに一度の操作で、偏光条件が異なり、かつ、被写体を様々な向きに変更した大量の写真を自動的に連続撮影することが可能となる。また、本発明によれば、ユーザは様々な条件下で撮影された被写体の画像を見ることが可能となり、被写体の偏光下における様々な見え方を容易に把握することが可能となる。また、本発明によれば、様々な条件下における撮影で得られた画像データを処理することによって、被写体の偏光特性に係る数値を計算したり、偏光特性を把握しやすい画像データを生成したりすることが可能となる。また、本発明によれば、様々な条件下で撮影された画像と、偏光計算の結果、数値化された可視化画像を比べて見ることで、これまで目視で検査していた偏光画像と、樹脂などの成形ひずみの程度、関係性を理解することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】本発明の実施の形態における撮影システムの構成の一例を示すブロック図である。
【図2】本発明の実施の形態における撮影システムに係るキャリブレーション撮影時の処理の一例を示すフローチャートである。
【図3】本発明の実施の形態における撮影システムに係るキャリブレーション撮影の具体的な一例を示す図である。
【図4】本発明の実施の形態における撮影システムに係るサンプル撮影時の処理の一例を示すフローチャートである。
【図5】本発明の実施の形態における撮影システムに係るサンプル撮影の具体的な一例を示す図である。
【図6】本発明の実施の形態における撮影システムによって得られる画像データの用途の一例を模式的に示す図である。
【図7】本発明の実施の形態における撮影システムで得られた複数の画像データを用いて生成された画像の一例を示す図であり、複数の画像データを用いた偏光計算によって得られた複屈折位相差を表す複屈折位相差可視化画像を示す図である。
【図8】本発明の実施の形態における撮影システムで得られた複数の画像データを用いて生成された画像の一例を示す図であり、複数の画像データを用いた偏光計算によって得られた主軸方位を表す主軸方位可視化画像を示す図である。
【図9】本発明の実施の形態における撮影システムで得られた複数の画像データを用いて生成された画像の一例を示す図であり、ポリスチレン製のスプーンを被写体として撮影された画像を示す図である。
【図10】本発明の実施の形態における撮影システムで得られた複数の画像データに対して行われるラベリング処理を説明するための図である。
【図11】本発明の実施の形態における撮影システムで得られた透過照明画像の一例を示す図である。
【図12】本発明の実施の形態における撮影システムで得られた画像データをグレースケール変換し、さらにコントラストを調整する場合を説明するための図である。
【図13】本発明の実施の形態における撮影システムで得られた画像データに対して二値化処理を行い、二値化処理によって得られた画像をマスク情報として用いる場合を説明するための図である。
【図14】本発明の実施の形態における撮影システムで得られた複数の画像データを用いた画像合成処理を説明するための図である。
【図15】本発明に関連した２次元配列フォーマットの一例を示す図である。
【図16】本発明の実施の形態における撮影システムによって得られた複数の画像データが動画フォーマットに出力されることで、１つの表示用画像データファイルが生成された状態を模式的に示す図である。
【図18】本関連技術による偏光特性測定装置の概略構成を示す説明図である。
【図22】本関連技術において、演算手段が算出した試料のミュラー行列を示す説明図である。
【図23】本関連技術において、ミュラー行列の要素から抽出した偏光状態を示す説明図である。
【図25】本関連技術を用いた測定結果と一般的な測定（解析）方法を用いた測定結果を示す説明図である。
【図26】本関連技術において、位相板Ｒ２の位相差δ２を求めるための各光学素子の方位角度の一例（表１）を示す説明図である。
【図27】本関連技術において、ミュラー行列解析のための光学素子の方位角度の一例（表２）を示す説明図である。
【図28】本関連技術と既存の測定装置の測定結果の対比（表３）を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
【0024】
図１は、本発明の実施の形態における撮影システムの構成の一例を示すブロック図である。図１に図示されている撮影システムは、偏光を用いて撮影を行う撮影系と、撮影系の動作を制御する撮影制御系と、撮影系における撮影によって得られた画像データの処理を行う画像処理系とに大別される。以下、撮影系、撮影制御系、画像処理系の各構成について順に説明する。
【0025】
偏光を用いて撮影を行う撮影系は、透過照明用光源１０１、光源側光学素子１０２、回転テーブル１０３、反射照明用光源１０４、カメラ側光学素子１０５、カメラ１０６により構成される。
【0026】
撮影系では、透過照明用光源１０１から発せられた光がカメラ１０６に到達する経路（図１に示す光の経路Ｌ１）上に、光源側光学素子１０２、回転テーブル１０３上の被写体１０（偏光観察を行う対象となる物体）、カメラ側光学素子１０５がこの順で配置される。なお、後述するように、被写体１０が回転テーブル１０３上に載置されない状態とすることも可能である。
【0027】
なお、光源側光学素子１０２、回転テーブル１０３上の被写体１０、カメラ側光学素子１０５は、透過照明用光源１０１から発せられた光がカメラ１０６に到達する経路上に配置されればよい。光の方向は、水平方向（重力方向に対して垂直な方向）であってもよく、重力方向又は重力と逆向きの方向であってもよく、さらには、重力方向に対して任意の角度方向であってもよい。
【0028】
以下では、透過照明用光源１０１から発せられた光がカメラ１０６に到達する経路を光軸と呼ぶことがある。なお、光軸は、ある広がりを持って伝搬される光束の一部が通る経路を表しており、例えば、光束の断面の幾何学的な中心部が通る経路に限定されるものではない。
【0029】
透過照明用光源１０１は、カメラ１０６の方向（光軸方向）に向けて光を発する光源である。透過照明用光源１０１は、例えばＲＧＢ（赤、緑、青）の各色の可視光をそれぞれ発するＬＥＤ（Light Emission Diode：発光ダイオード）パネルが配列されており、ＲＧＢの各色の発光強度を制御することで、ＲＧＢの単色光だけではなく、任意のフルカラーの色の光を発することが可能である。また、ＬＥＤパネルを並べることで大型の面発光照明を構成可能であることから、透過照明用光源１０１として、例えば３８４ｍｍ×３８４ｍｍの大型サイズで面発光する照明を実現することが可能である。透過照明用光源１０１を大型化することで、数十センチメートル程度の比較的大きな被写体１０を偏光観察の対象とすることが可能となる。後述のように、透過照明用光源１０１の点灯／消灯や発光パターンは、撮影制御系の透過照明用光源制御部２０１によって制御可能である。
【0030】
透過照明用光源１０１は、被写体１０を偏光観察する際に用いられる光源であり、カメラ１０６から被写体１０を見た場合に逆光（バックライト）となる位置に配置される透過照明としての役割を有する。
【0031】
なお、透過照明用光源１０１は、可視光を発する光源に限定されるものではなく、用途に応じて、例えば赤外光や紫外光を発する光源であってもよい。特に、被写体１０が可視光を通しにくい半透明や色付きの材料である場合に、透過照明用光源１０１として赤外光を発する光源を用いることが有効である。
【0032】
光源側光学素子１０２は、偏光子１０２ａ、ＱＷＰ（Quarter Wavelength Plate：１／４波長板）１０２ｂを有する光学素子であり、光軸方向に向かって偏光子１０２ａ、ＱＷＰ１０２ｂの順に配置される。偏光子１０２ａ及びＱＷＰ１０２ｂは、偏光子１０２ａ及びＱＷＰ１０２ｂが例えばフィルム状の部材である場合には、フィルム状の面の法線の方向が光軸方向と略一致するように配置される。偏光子１０２ａは、例えば直線偏光素子であり、透過軸方位を所望の角度へ回転させることが可能である。ＱＷＰ１０２ｂは、直線偏光を円偏光とする１／４波長板であり、主軸方位を所望の角度へ回転させることが可能である。後述のように、偏光子１０２ａの透過軸方位やＱＷＰ１０２ｂの主軸方位は、撮影制御系の光源側光学素子制御部２０２によって制御可能である。
【0033】
回転テーブル１０３は、被写体１０を載置するためのテーブル（台座）を有する。例えば光軸が略水平方向である場合、被写体１０を載置するためのテーブル面は、略水平となるよう配置される。回転テーブル１０３に載置された被写体１０は、透過照明用光源１０１からカメラ１０６を結ぶ光軸上に配置される。これにより、透過照明用光源１０１から発せられた光は、光源側光学素子１０２を透過した後、被写体１０を透過し、さらに、カメラ側光学素子１０５を透過して、カメラ１０６に到達するように位置決めされるため、カメラ１０６から、２つの光学素子１０２、１０５に挟まれた被写体１０を透過する偏光の様子を観察することが可能となる。また、回転テーブル１０３はモータを搭載し、光軸に対して垂直な方向を回転軸としてテーブルを回転させることが可能なよう構成されている。これにより、回転テーブル１０３を所望の角度となるよう回転させることで、回転テーブルに載置された被写体１０の向きを所望の向きとすることが可能である。
【0034】
なお、後述するキャリブレーション撮影時などのように、回転テーブル１０３に被写体１０を載置しない状態で撮影システムを動作させることも可能である。後述のように、回転テーブル１０３に搭載されているモータは、撮影制御系の回転テーブル制御部２０３によって制御可能である。
【0035】
さらに、複数の被写体１０の偏光観察を同時に行えるように、複数の回転テーブル１０３を設けてもよい。例えば、２つの回転テーブル１０３を横に（すなわち、光軸に対して垂直な方向に）並べて設置し、それぞれの回転テーブル１０３に異なる被写体１０を載置することで、異なる被写体１０の偏光観察を同時に行うことが可能となる。この場合、複数の回転テーブル１０３が同期して回転できる構成としてもよく、それぞれ独立して回転できる構成としてもよい。
【0036】
本明細書では、光軸上に被写体１０を配置し、かつ、光軸に対する被写体１０の向きを変更する装置（回転装置）として、テーブル（台座）で被写体１０を支えるよう構成された回転テーブル１０３を用いる場合について説明している。しかしながら、回転装置は、光軸上に被写体１０を配置でき、かつ、光軸に対する被写体１０の向きを変更できる構成であればよく、回転テーブル１０３に限定されるものではない。回転装置は、例えば、被写体１０を把持したり、針状部材を突き刺して被写体１０を固定したりすることで、光軸上に被写体１０を配置し、かつ、光軸に対する被写体１０の向きを変更するよう構成されていてもよい。また、回転装置は、上述した複数の回転テーブル１０３を設ける場合と同様に、光軸上に複数の被写体１０を配置し、光軸に対して各被写体１０の向きを同期して又はそれぞれ独立して変更できるよう構成されていてもよい。
【0037】
反射照明用光源１０４は、カメラ１０６側から被写体１０に照明（順光）を当てるための光源であり、反射照明の役割を有する。反射照明用光源１０４は、カメラ１０６による撮影の邪魔にならないようにカメラ１０６による撮影範囲外に設けられ、例えば、被写体１０に対して均一に照明を当てることが可能なリング形状（光軸と重ならないよう、光軸の円周方向に沿って光源が配列された形状）を有する。反射照明用光源１０４から発せられた光は、被写体１０に反射してカメラ１０６に到達する（図１に示す光の経路Ｌ２）。なお、反射照明用光源１０４は、被写体１０の色や形状を明確にするための白色光光源であることが望ましいが、任意の色の可視光光源、赤外光光源、紫外光光源などであってもよい。後述のように、反射照明用光源１０４の点灯／消灯は、撮影制御系の反射照明用光源制御部２０４によって制御可能である。
【0038】
カメラ側光学素子１０５は、ＱＷＰ１０５ａ、偏光子１０５ｂを有する光学素子である。ＱＷＰ１０５ａ及び偏光子１０５ｂはフィルム状の部材であり、フィルム状の面の法線の方向が光軸方向と略一致するように、光軸方向に向かってＱＷＰ１０５ａ、偏光子１０５ｂの順に配置される。ＱＷＰ１０５ａは、直線偏光を円偏光とする１／４波長板であり、主軸方位を所望の角度へ回転させることが可能である。偏光子１０５ｂは、例えば直線偏光素子であり、透過軸方位を所望の角度へ回転させることが可能である。後述のように、ＱＷＰ１０５ａの主軸方位や偏光子１０５ｂの透過軸方位は、撮影制御系のカメラ側光学素子制御部２０５によって制御可能である。
【0039】
カメラ１０６は、所定の撮影範囲を撮影する撮影装置であり、市販の一眼レフデジタルカメラを利用することが可能である。カメラ１０６は、カメラ側光学素子１０５を透過した光が入射される場所に設置され、カメラ側光学素子１０５を透過した光を受光して電気信号に変換する機能や、所定のシャッタータイミングにおいて得られた電気信号を画像データとして出力する写真撮影機能などを有している。カメラ１０６による写真撮影で得られた画像データは、記憶装置４００に記憶される。なお、例えば透過照明用光源１０１が赤外光や紫外光を発する光源の場合には、カメラ１０６は、透過照明用光源１０１で用いられる光に対応していることが望ましい。後述のように、カメラ１０６による写真撮影は、撮影制御系のカメラ制御部２０６によって制御可能である。
【0040】
また、カメラ１０６は、ＸＹＺ軸方向の回転や移動などの微調整ができる雲台にセットされる。さらに、雲台は前後に自由に移動可能なスライダーと呼ばれる台に乗っており、小さい／大きい被写体１０を撮影する際に、被写体１０に対して近づける／遠ざけることが可能なように構成されている。
【0041】
なお、カメラ１０６による撮影時には、外部からの光を遮断して、被写体１０の偏光観察を行うために充分な暗さを確保することが望ましく、例えば、撮影系の各機器（透過照明用光源１０１、光源側光学素子１０２、回転テーブル１０３、反射照明用光源１０４、カメラ側光学素子１０５、カメラ１０６）は、暗室内に設置されることが望ましい。
【0042】
一方、撮影系の動作を制御する撮影制御系は、撮影制御装置２００、ＰＣ（Personal Computer：パーソナルコンピュータ）３００により構成される。
【0043】
撮影制御装置２００は、撮影系の各機器及びＰＣ３００に接続されている。撮影制御装置２００は、マイコンボードを搭載し、撮影系の各機器の動作を集中制御することが可能である。具体的には、撮影制御装置２００は、撮影系の各機器の動作を制御するために、透過照明用光源制御部２０１、光源側光学素子制御部２０２、回転テーブル制御部２０３、反射照明用光源制御部２０４、カメラ側光学素子制御部２０５、カメラ制御部２０６を有する。
【0044】
透過照明用光源制御部２０１は、透過照明用光源１０１に係る動作を制御する機能を表している。透過照明用光源制御部２０１は、透過照明用光源１０１の点灯／消灯の制御、透過照明用光源１０１の発光色の制御（ＲＧＢの各色の可視光を発する各ＬＥＤパネルの光量制御）などを行うことが可能である。一例として、透過照明用光源制御部２０１は、透過照明用光源１０１をＲＧＢ発光させる場合、透過照明用光源１０１をＲのみ発光（既知の波長を有する赤色光のみ発光）させる場合、透過照明用光源１０１を消灯させる場合の３パターンの異なる状態を制御することが可能である。
【0045】
光源側光学素子制御部２０２は、光源側光学素子１０２に係る動作を制御する機能を表している。光源側光学素子１０２は、上述のように偏光子１０２ａとＱＷＰ１０２ｂによって構成されており、光源側光学素子制御部２０２は、偏光子１０２ａの透過軸方位、ＱＷＰ１０２ｂの主軸方位をそれぞれ個別に変更することが可能である。また、光源側光学素子制御部２０２は、偏光子１０２ａやＱＷＰ１０２ｂの有無（偏光子１０２ａやＱＷＰ１０２ｂを配置する場合と配置しない場合）を制御することも可能である。
【0046】
光源側光学素子制御部２０２は、光源側光学素子１０２を通る光を所望の偏光状態（複数の偏光状態）とするよう光源側光学素子１０２に係る設定を変更できればよく、所望の偏光状態を得るための構成や、所望の偏光状態のパターン数は、特に限定されない。一例として、偏光子１０２ａを所定の透過軸方位（例えば４５°）に固定するとともに、ＱＷＰ１０２ｂを第１の主軸方位（例えば０°）、第２の主軸方位（例えば９０°）、さらには、ＱＷＰ１０２ｂを配置しない状態の３パターンとすることが可能である。この場合、例えば、第１の主軸方位のＱＷＰ１０２ｂと、第２の主軸方位のＱＷＰ１０２ｂとを用意し、光軸上に第１の主軸方位のＱＷＰ１０２ｂを配置する状態、光軸上に第２の主軸方位のＱＷＰ１０２ｂを配置する状態、光軸上にＱＷＰ１０２ｂを配置しない状態を機械的に切り替える機構を設ければよい。このとき、光源側光学素子制御部２０２は、ＱＷＰ１０２ｂを機械的に切り替える切替駆動部を制御してＱＷＰ１０２ｂの配置を変更することで、光源側光学素子１０２を通る光について３パターンの異なる偏光状態を実現することが可能である。
【0047】
なお、ここでは、ＱＷＰ１０２ｂについて、主軸方位の異なる複数のＱＷＰ１０２ｂを用意して機械的に切り替える機構としているが、光軸方向を回転軸としてＱＷＰ１０２ｂを回転させる機構としてもよい。
【0048】
回転テーブル制御部２０３は、回転テーブル１０３に係る動作を制御する機能を表している。回転テーブル制御部２０３は、回転テーブル１０３を回転させるモータを制御して、回転テーブル１０３が所望の角度となるよう回転させることで、回転テーブル１０３上に載置された被写体１０がカメラ１０６に対して所望の向きとなるよう変更することが可能である。
【0049】
回転テーブル制御部２０３は、被写体１０がカメラ１０６に対して所望の向き（複数の向き）となるよう回転テーブル１０３の角度を変更できればよく、回転テーブル１０３の角度の数値及び範囲や回転ステップ数は、特に限定されない。一例として、回転テーブル１０３の角度の範囲を例えば１２０°とし、回転ステップ数を５（０°、３０°、６０°、９０°、１２０°の５つの角度）とすることで、被写体１０を異なる５方向（５パターンの撮影方向）から撮影することが可能となる。
【0050】
反射照明用光源制御部２０４は、反射照明用光源１０４に係る動作を制御する機能を表している。反射照明用光源制御部２０４は、反射照明用光源１０４の点灯／消灯の制御、光量の制御などを行うことが可能である。一例として、反射照明用光源制御部２０４は、反射照明用光源１０４を発光させる場合、反射照明用光源１０４を消灯させる場合の２パターンの異なる状態を制御することが可能である。
【0051】
カメラ側光学素子制御部２０５は、カメラ側光学素子１０５に係る動作を制御する機能を表している。カメラ側光学素子１０５は、上述のようにＱＷＰ１０５ａと偏光子１０５ｂによって構成されており、カメラ側光学素子制御部２０５は、ＱＷＰ１０５ａの主軸方位、偏光子１０５ｂの透過軸方位をそれぞれ個別に変更することが可能である。また、カメラ側光学素子制御部２０５は、ＱＷＰ１０５ａや偏光子１０５ｂの有無（ＱＷＰ１０５ａや偏光子１０５ｂを配置する場合と配置しない場合）を制御することも可能である。
【0052】
カメラ側光学素子制御部２０５は、カメラ側光学素子１０５を通る光が所望の偏光状態（複数の偏光状態）となるように、カメラ側光学素子１０５に係る設定を変更できればよく、所望の偏光状態を得るための構成や、所望の偏光状態のパターン数は、特に限定されない。
【0053】
ＱＷＰ１０５ａについては、例えば、フィルム状の面の法線の方向が光軸方向と略一致した状態を維持したまま、光軸方向を回転軸としてＱＷＰ１０５ａを機械的に回転させる機構を設ければよい。このとき、カメラ側光学素子制御部２０５は、光軸方向を回転軸としてＱＷＰ１０５ａを機械的に回転させる回転駆動部を制御して、ＱＷＰ１０５ａの主軸方位を所望の角度に設定することが可能である。また、偏光子１０５ｂについては、例えば、上述した偏光子１０２ａと同様の切り替え機構を用いて、それぞれ異なる透過軸方位に設定された複数の偏光子１０５ｂ（及び偏光子１０５ｂを配置しない状態）を機械的に切り替える機構を設ければよい。一例として、ＱＷＰ１０５ａを主軸方位が４５°、６７．５°、９０°、１１２．５°の４つの角度となる４パターンとし、偏光子１０５ｂを透過軸方位が４５°、１３５°の２つの角度及び偏光子１０５ｂを配置しない状態の３パターンとすると、これらの組み合わせから、カメラ側光学素子１０５を通る光について１２パターンの異なる偏光状態を実現することが可能である。
【0054】
なお、ここでは、ＱＷＰ１０５ａについて、光軸方向を回転軸としてＱＷＰ１０５ａを回転させる機構としているが、主軸方位の異なる複数のＱＷＰ１０５ａを用意して機械的に切り替える機構としてもよい。また、偏光子１０５ｂについて、透過軸方位の異なる複数の偏光子１０５ｂを用意して機械的に切り替える機構としているが、光軸方向を回転軸として偏光子１０５ｂを回転させる機構としてもよい。
【0055】
カメラ制御部２０６は、カメラ１０６に係る動作を制御する機能を表している。カメラ制御部２０６は、カメラ１０６の写真撮影動作、特に、カメラ１０６に対してシャッターを切るよう指示することで、カメラ１０６に写真撮影を行わせて画像データを出力させることが可能である。
【0056】
また、撮影制御装置２００は、上記の各制御部を通じて、撮影系の各機器に係る動作をそれぞれ独立して制御するとともに、撮影系の各機器に係る動作を統合的に制御することが可能である。具体的には、撮影制御装置２００は、透過照明用光源１０１、光源側光学素子１０２、回転テーブル１０３、反射照明用光源１０４、カメラ側光学素子１０５のそれぞれの状態を所定の状態とし、各機器が所定の状態となった時点でカメラ１０６に撮影を行わせることが可能である。なお、以下では、この一連の動作を撮影ステップと呼ぶ。
【0057】
さらに、撮影制御装置２００は、ある撮影ステップが終了すると、各機器の一部の状態を変更して別の撮影ステップを行うよう制御することが可能である。具体的には、撮影制御装置２００は、透過照明用光源１０１、光源側光学素子１０２、回転テーブル１０３、反射照明用光源１０４、カメラ側光学素子１０５のいずれか１つ又は複数の機器の状態を変更し、状態が変更された時点でカメラ１０６に撮影を行わせることが可能である。
【0058】
撮影制御装置２００は、各機器の状態を変更しながら上記のように撮影ステップを繰り返し行うよう制御することで、複数回の撮影ステップを実行させ、その結果、複数回の撮影ステップに対応した複数の画像データを記憶装置４００に記憶させることが可能である。
【0059】
なお、透過照明用光源１０１、光源側光学素子１０２、回転テーブル１０３、反射照明用光源１０４、カメラ側光学素子１０５のそれぞれの状態として、上記のように複数のパターンを設定することが可能であり、撮影系全体は、これらの複数のパターンの組み合わせの数だけ異なる状態となり得る。例えば、一例として上述したように、透過照明用光源１０１が３パターンの状態、光源側光学素子１０２が３パターンの状態、回転テーブル１０３が５パターンの状態、反射照明用光源１０４が２パターンの状態、カメラ側光学素子１０５が１２パターンの状態となり得ると仮定すると、撮影系全体は、これらの複数のパターンの組み合わせの数（３×３×５×２×１２＝１０８０通り）の異なる状態となり得る。撮影制御装置２００は、上記のすべての組み合わせ、又は、上記の組み合わせの中から選択された一部の所望の組み合わせ（各機器の状態のうちのいくつかの組み合わせのみ）について、撮影ステップを実行するよう制御することが可能である。
【0060】
また、撮影制御系におけるＰＣ３００は、マウスやキーボードなどの入力装置（不図示）や表示装置５００と接続されており、撮影制御装置２００における処理の設定や指示などを入力するためのＧＵＩ（Graphical User Interface：グラフィカルユーザインタフェース）として機能する。ＰＣ３００は、ユーザによる入力に基づき、撮影制御装置２００に対して、撮影パターン（撮影制御装置２００による各機器の制御パターン）の設定および指示、撮影開始指示、撮影中止指示などを行うことが可能である。
【0061】
また、画像処理系は、ＰＣ３００、記憶装置４００、表示装置５００により構成される。なお、図１には、撮影制御系と画像処理系において同一のＰＣ３００を用いるように図示されているが、異なるＰＣ３００が用いられてもよい。
【0062】
画像処理系におけるＰＣ３００は、画像データが記憶された記憶装置４００、マウスやキーボードなどの入力装置（不図示）や表示装置５００と接続されており、記憶装置４００に記憶されている画像データを読み出して、表示装置５００上に表示することが可能である。画像処理系におけるＰＣ３００は、画像処理機能を有する。ＰＣ３００は、記憶装置４００に記憶されている画像データを読み出して画像加工処理を行い、画像加工処理後の画像データを表示装置５００上に表示することが可能である。また、ＰＣ３００は、記憶装置４００に記憶されている画像データに含まれる情報に基づいて、偏光計算を行うことも可能である。画像処理については、後で詳細に説明する。
【0063】
なお、撮影制御系及び画像処理系のＰＣ３００は、汎用のＰＣを用いることが可能であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）が、所望の動作を実現するために設計されたソフトウェア（プログラム言語によって記述されたプログラム）を実行することが可能である。また、記憶装置４００は、カメラ１０６による撮影で得られた画像データの記憶や、画像処理系のＰＣ３００による画像データの読み出しなどが可能なデータストレージであり、例えば、フラッシュメモリやハードディスクなどの既存の補助記憶装置を用いることが可能である。
【0064】
次に、本発明の実施の形態における撮影システムの動作の一例について説明する。本発明の実施の形態における撮影システムの動作は、偏光を用いて撮影を行う撮影動作と、撮影系における撮影によって得られた画像データの処理を行う画像処理動作とに大別される。
【0065】
まず、偏光を用いて撮影を行う撮影動作について説明する。偏光を用いて撮影を行う撮影動作は、被写体１０を回転テーブル１０３に載置しない状態で撮影を行うキャリブレーション撮影と、被写体１０を回転テーブル１０３に載置した状態で撮影を行うサンプル撮影とを含む。
【0066】
図２は、本発明の実施の形態における撮影システムに係るキャリブレーション撮影時の処理の一例を示すフローチャートである。なお、図２に示す各ステップは、図１の撮影制御装置２００によって実行される処理を表している。
【0067】
図２に示すキャリブレーション撮影に係る処理は、例えばユーザがＰＣ３００を用いて撮影開始指示を入力し、ＰＣ３００から撮影制御装置２００に対して撮影開始指示が行われることで開始される。撮影制御装置２００は、キャリブレーション撮影における撮影系の各機器の動作が記述されたキャリブレーション撮影パターンパラメータ定義を読み込む（ステップＳ１１）。このキャリブレーション撮影パターンパラメータ定義は、あらかじめプログラムに組み込まれていてもよく、あるいは、ユーザがＰＣ３００を用いて設定してもよい。
【0068】
キャリブレーション撮影は、被写体１０を回転テーブル１０３に載置しない状態で行われる。したがって、後述するサンプル撮影とは異なり、撮影制御装置２００は、回転テーブル１０３の回転駆動制御を行う必要はない。
【0069】
撮影制御装置２００は、キャリブレーション撮影パターンパラメータ定義に基づき、撮影ステップのループ処理を開始する（ステップＳ１２）。撮影ステップのループ処理は、キャリブレーション撮影パターンパラメータ定義に基づくキャリブレーション撮影がすべて終了するまで繰り返される。撮影ステップのループ処理は、キャリブレーション撮影パターンパラメータに従って、透過照明用光源１０１、光源側光学素子１０２、反射照明用光源１０４、カメラ側光学素子１０５のそれぞれを動作させて特定の状態とする処理（ステップＳ１３）と、透過照明用光源１０１、光源側光学素子１０２、反射照明用光源１０４、カメラ側光学素子１０５のそれぞれが特定の状態となった時点で、カメラ１０６による撮影を行う処理（ステップＳ１４）とを含む。
【0070】
なお、キャリブレーション撮影を途中で中断することも可能であり、撮影制御装置２００は、例えばユーザによる撮影中止指示をＰＣ３００から受けた場合には、撮影ステップのループ処理を終了する（ステップＳ１５）。
【0071】
撮影ステップのループ処理は、各機器の動作を制御して各機器の状態を変更する処理と、カメラ１０６による撮影を行う処理とを含んでいることから、キャリブレーション撮影パターンパラメータ定義に従って各機器の状態が変更されるたびに、カメラ１０６による撮影が行われることになる。これにより、各機器の状態の組み合わせがそれぞれ異なる複数枚の写真（画像データ）が得られる。
【0072】
【0073】
図３には、キャリブレーション撮影の各撮影ステップにおける各機器の状態が示されている。撮影制御装置２００は、例えば、図３に示す撮影ステップ１～１０を実現するために、以下のように撮影系の各機器の動作を制御する。撮影ステップ１の前は、透過照明用光源１０１をＲのみ発光させ、偏光子１０２ａの透過軸方位の角度を４５°に設定し、ＱＷＰ１０２ｂを光軸上から外し、反射照明用光源１０４を消灯し、ＱＷＰ１０５ａの主軸方位を９０°とし、偏光子１０５ｂの透過軸方位を４５°とする。なお、キャリブレーション撮影前にこの状態を設定しておいてもよく、撮影制御装置２００が各機器の動作を制御してこの状態を作り出してもよい。撮影制御装置２００は、この状態でカメラ１０６に撮影を行わせる（撮影ステップ１）。撮影ステップ１終了後、撮影制御装置２００は、偏光子１０５ｂを透過軸方位が１３５°である偏光子に変更して、カメラ１０６に撮影を行わせる（撮影ステップ２）。
【0074】
撮影ステップ２終了後、撮影制御装置２００は、ＱＷＰ１０２ｂを主軸方位が９０°のＱＷＰに変更し、ＱＷＰ１０５ａの主軸方位を４５°に変更し、偏光子１０５ｂを透過軸方位が４５°である偏光子に変更して、カメラ１０６に撮影を行わせる（撮影ステップ３）。撮影ステップ３終了後、撮影制御装置２００は、ＱＷＰ１０５ａの主軸方位を６７．５°に変更して、カメラ１０６に撮影を行わせる（撮影ステップ４）。撮影ステップ４終了後、撮影制御装置２００は、ＱＷＰ１０５ａの主軸方位を９０°に変更して、カメラ１０６に撮影を行わせる（撮影ステップ５）。撮影ステップ５終了後、撮影制御装置２００は、ＱＷＰ１０５ａの主軸方位を１１２．５°に変更して、カメラ１０６に撮影を行わせる（撮影ステップ６）。
【0075】
撮影ステップ６終了後、撮影制御装置２００は、ＱＷＰ１０２ｂを主軸方位が０°のＱＷＰに変更し、ＱＷＰ１０５ａの主軸方位を４５°に変更して、カメラ１０６に撮影を行わせる（撮影ステップ７）。撮影ステップ７終了後、撮影制御装置２００は、ＱＷＰ１０５ａの主軸方位を６７．５°に変更して、カメラ１０６に撮影を行わせる（撮影ステップ８）。撮影ステップ８終了後、撮影制御装置２００は、ＱＷＰ１０５ａの主軸方位を９０°に変更して、カメラ１０６に撮影を行わせる（撮影ステップ９）。撮影ステップ９終了後、撮影制御装置２００は、ＱＷＰ１０５ａの主軸方位を１１２．５°に変更して、カメラ１０６に撮影を行わせる（撮影ステップ１０）。
【0076】
以上の撮影ステップ１～１０は、キャリブレーション撮影パターンパラメータ定義に従って、連続して（ユーザにとっては自動的に）行われる。また、撮影ステップ１～１０では、撮影系全体の状態（各機器の状態の組み合わせ）がそれぞれ異なっており、撮影系全体の条件がそれぞれ異なる１０枚の写真（１０個の画像データ）が得られる。このとき、各機器の状態と、カメラ１０６による撮影で得られた画像データとを関連付けておくことが望ましい。なお、キャリブレーション撮影パターンパラメータ定義の形式は、特に限定されるものではなく、例えば、数値や関数などで各機器の状態を指定することが可能である。
【0077】
また、図４は、本発明の実施の形態における撮影システムに係るサンプル撮影時の処理の一例を示すフローチャートである。なお、図４に示す各ステップは、図１の撮影制御装置２００によって実行される処理を表している。
【0078】
図４に示すサンプル撮影に係る処理は、例えばユーザがＰＣ３００を用いて撮影開始指示を入力し、ＰＣ３００から撮影制御装置２００に対して撮影開始指示が行われることで開始される。撮影制御装置２００は、サンプル撮影における撮影系の各機器の動作が記述されたサンプル撮影パターンパラメータ定義を読み込む（ステップＳ２１）。このサンプル撮影パターンパラメータ定義は、あらかじめプログラムに組み込まれていてもよく、あるいは、ユーザがＰＣ３００を用いて設定してもよい。
【0079】
サンプル撮影は、被写体１０を回転テーブル１０３に載置した状態で行われる。したがって、上述したキャリブレーション撮影とは異なり、撮影制御装置２００は、回転テーブル１０３の回転駆動制御を行う必要がある。例えばユーザがＰＣ３００を用いて回転テーブルのパラメータを入力すると、ＰＣ３００から撮影制御装置２００に対して回転テーブルのパラメータが供給される（ステップＳ２２）。
【0080】
撮影制御装置２００は、サンプル撮影パターンパラメータ定義及び回転テーブルのパラメータに基づき、回転テーブル及び撮影ステップのループ処理を開始する（ステップＳ２３）。回転テーブル及び撮影ステップのループ処理は、サンプル撮影パターンパラメータ定義及び回転テーブルのパラメータに基づくサンプル撮影がすべて終了するまで繰り返される。
【0081】
回転テーブルのループ処理は、回転テーブルのパラメータに従って回転テーブル１０３の回転角度（すなわち、被写体１０のカメラに対する向き）を特定の角度にする処理（ステップＳ２４）と、撮影ステップのループ処理（ステップＳ２５）とを含む。また、撮影ステップのループ処理は、サンプル撮影パターンパラメータに従って、透過照明用光源１０１、光源側光学素子１０２、反射照明用光源１０４、カメラ側光学素子１０５のそれぞれを動作させて特定の状態とする処理（ステップＳ２６）と、透過照明用光源１０１、光源側光学素子１０２、反射照明用光源１０４、カメラ側光学素子１０５のそれぞれが特定の状態となった時点で、カメラ１０６による撮影を行う処理（ステップＳ２７）とを含む。
【0082】
なお、サンプル撮影を途中で中断することも可能であり、撮影制御装置２００は、例えばユーザによる撮影中止指示をＰＣ３００から受けた場合には、撮影ステップのループ処理を終了する（ステップＳ２８）。
【0083】
回転テーブルのループ処理は、回転テーブルの角度を変更する処理と、撮影ステップのループ処理とを含み、さらに撮影ステップのループ処理は、各機器の動作を制御して各機器の状態を変更する処理と、カメラ１０６による撮影を行う処理とを含んでいることから、サンプル撮影パターンパラメータ定義及び回転テーブルのパラメータに従って各機器の状態が変更されるたびに、カメラ１０６による撮影が行われることになる。これにより、各機器の状態の組み合わせがそれぞれ異なる複数枚の写真（画像データ）が得られる。
【0084】
【0085】
図５には、サンプル撮影の各撮影ステップにおける各機器の状態が示されている。撮影制御装置２００は、例えば、図５に示す撮影ステップ１～１０を実現するために、以下のように撮影系の各機器の動作を制御する。撮影ステップ１の前は、透過照明用光源１０１をＲのみ発光させ、偏光子１０２ａの透過軸方位の角度を４５°に設定し、ＱＷＰ１０２ｂの主軸方位を９０°に設定し、回転テーブルの回転角度を０°に設定し、反射照明用光源１０４を消灯し、ＱＷＰ１０５ａの主軸方位を４５°とし、偏光子１０５ｂの透過軸方位を４５°とする。なお、サンプル撮影前にこの状態を設定しておいてもよく、撮影制御装置２００が各機器の動作を制御してこの状態を作り出してもよい。
【0086】
撮影制御装置２００は、この状態でカメラ１０６に撮影を行わせる（撮影ステップ１）。撮影ステップ１終了後、撮影制御装置２００は、ＱＷＰ１０５ａの主軸方位を６７．５°に変更して、カメラ１０６に撮影を行わせる（撮影ステップ２）。撮影ステップ３終了後、撮影制御装置２００は、ＱＷＰ１０５ａの主軸方位を９０°に変更して、カメラ１０６に撮影を行わせる（撮影ステップ３）。撮影ステップ３終了後、撮影制御装置２００は、ＱＷＰ１０５ａの主軸方位を１１２．５°に変更して、カメラ１０６に撮影を行わせる（撮影ステップ４）。
【0087】
撮影ステップ４終了後、撮影制御装置２００は、ＱＷＰ１０２ｂを主軸方位が０°のＱＷＰに変更し、ＱＷＰ１０５ａの主軸方位を４５°に変更して、カメラ１０６に撮影を行わせる（撮影ステップ５）。撮影ステップ５終了後、撮影制御装置２００は、ＱＷＰ１０５ａの主軸方位を６７．５°に変更して、カメラ１０６に撮影を行わせる（撮影ステップ６）。撮影ステップ６終了後、撮影制御装置２００は、ＱＷＰ１０５ａの主軸方位を９０°に変更して、カメラ１０６に撮影を行わせる（撮影ステップ７）。撮影ステップ７終了後、撮影制御装置２００は、ＱＷＰ１０５ａの主軸方位を１１２．５°に変更して、カメラ１０６に撮影を行わせる（撮影ステップ８）。
【0088】
撮影ステップ８終了後、撮影制御装置２００は、透過照明用光源１０１をＲＧＢ発光させ、ＱＷＰ１０２ｂを光軸上から外し、ＱＷＰ１０５ａの主軸方位を４５°に変更し、偏光子１０５ｂを透過軸方位が１３５°である偏光子に変更して、カメラ１０６に撮影を行わせる（撮影ステップ９）。撮影ステップ９終了後、撮影制御装置２００は、ＱＷＰ１０５ａの主軸方位を６７．５°に変更して、カメラ１０６に撮影を行わせる（撮影ステップ１０）。撮影ステップ１０終了後、撮影制御装置２００は、ＱＷＰ１０５ａの主軸方位を９０°に変更して、カメラ１０６に撮影を行わせる（撮影ステップ１１）。撮影ステップ５終了後、撮影制御装置２００は、ＱＷＰ１０５ａの主軸方位を１１２．５°に変更して、カメラ１０６に撮影を行わせる（撮影ステップ１２）。
【0089】
撮影ステップ１２終了後、撮影制御装置２００は、偏光子１０５ｂを光軸上から外して、カメラ１０６に撮影を行わせる（撮影ステップ１３）。撮影ステップ１３終了後、撮影制御装置２００は、反射照明用光源１０４を点灯して、カメラ１０６に撮影を行わせる（撮影ステップ１４）。撮影ステップ１４終了後、撮影制御装置２００は、透過照明用光源を消灯して、カメラ１０６に撮影を行わせる（撮影ステップ１５）。以上の撮影ステップ１～１５では、カメラ１０６及び被写体１０は固定されており、各撮影ステップ１～１５で撮影された画像内における被写体１０は、同一の位置（同一のピクセル）に写っている。
【0090】
撮影ステップ１５終了後、撮影制御装置２００は、回転テーブルの回転角度を３０°に設定し、その他の条件を撮影ステップ１～１５と同一にしてカメラ１０６に撮影を行わせる（撮影ステップ１６～３０）。撮影ステップ３０終了後、撮影制御装置２００は、回転テーブルの回転角度を６０°に設定し、その他の条件を撮影ステップ１～１５と同一にしてカメラ１０６に撮影を行わせる（撮影ステップ３１～４５）。撮影ステップ４５終了後、撮影制御装置２００は、回転テーブルの回転角度を９０°に設定し、その他の条件を撮影ステップ１～１５と同一にしてカメラ１０６に撮影を行わせる（撮影ステップ４６～６０）。撮影ステップ６０終了後、撮影制御装置２００は、回転テーブルの回転角度を１２０°に設定し、その他の条件を撮影ステップ１～１５と同一にしてカメラ１０６に撮影を行わせる（撮影ステップ６１～７５）。
【0091】
以上の撮影ステップ１～７５は、サンプル撮影パターンパラメータ定義及び回転テーブルのパラメータに従って、連続した処理として（ユーザにとっては自動的に）行われる。また、撮影ステップ１～７５では、撮影系全体の状態（各機器の状態の組み合わせ）がそれぞれ異なっており、撮影系の条件が全体としてそれぞれ異なる７５枚の写真（７５個の画像データ）が得られる。このとき、各機器の状態と、カメラ１０６による撮影で得られた画像データとを関連付けておくことが望ましい。なお、サンプル撮影パターンパラメータ定義の形式は、キャリブレーション撮影パターンパラメータ定義と同様に、特に限定されるものではなく、例えば、数値や関数などで各機器の状態を指定することが可能である。
【0092】
次に、撮影系における撮影によって得られた画像データに係る画像処理について説明する。図６は、本発明の実施の形態における撮影システムによって得られる画像データの用途の一例を模式的に示す図である。
【0093】
本発明の実施の形態における撮影システムは、上述のように、撮影系全体の状態がそれぞれ異なる大量の写真（画像データ）を得ることが可能である。特に、光軸上に配置された光源側光学素子１０２及びカメラ側光学素子１０５の条件を変更することで、様々な偏光状態を作り出せることから、様々な偏光状態において異なる見え方をする被写体１０の写真を大量に得ることができる。具体的には、本発明の実施の形態における撮影システムによって、キャリブレーション用画像（例えば、図３の撮影ステップ１～１０で取得可能）、偏光計算用画像（例えば、図５の撮影ステップ１～８で取得可能）、偏光可視化画像（例えば、図５の撮影ステップ９～１２で取得可能）、反射照明画像（例えば、図５の撮影ステップ１３で取得可能）、反射照明＋透過照明画像（例えば、図５の撮影ステップ１４で取得可能）、透過照明画像（例えば、図５の撮影ステップ１５で取得可能）を得ることが可能である。
【0094】
画像処理系におけるＰＣ３００は、例えば、複数の画像データのそれぞれに含まれる各ピクセルの輝度値を用いて、各ピクセルに対応した被写体の偏光特性を表す数値を計算する偏光計算部と、偏光計算部によって計算された各ピクセルに対応した被写体の偏光特性を表す数値を用いて、新たな画像データを生成する画像データ生成部とを有してもよい。偏光計算部は、キャリブレーション用画像及び偏光計算用画像のそれぞれに含まれるデータ（例えば、画像を構成する各ピクセル（画素）の輝度値）を用いた偏光計算を行うことで、被写体１０の偏光特性（複屈折位相差や主軸方位）を求めることが可能である。
【0095】
この偏光計算では、一例として、以下のような計算が行われる。例えば画像のあるピクセルに着目し、まず、カメラ側光学素子１０５の偏光子１０５ｂの条件を変えて得られた画像データ（例えば、図３の撮影ステップ１、２で得られた２つの画像データ）の輝度値から偏光子１０５ｂの位相差を求める。次に、偏光子１０５ｂの位相差と、被写体１０が配置されていない状態で撮影された画像データ（例えば、図３の撮影ステップ３～１０で得られた画像データ）の輝度値から、カメラ側光学素子１０５の光入射側における偏光状態を求めるとともに、被写体１０が配置された状態で撮影された同一条件の画像データ（例えば、図５の撮影ステップ１～８で得られた画像データ）の輝度値についても同様に、カメラ側光学素子１０５の光入射側における偏光状態を求める。そして、被写体１０が配置されていない状態に係る偏光状態と、被写体１０が配置された状態に係る偏光状態との関係から、被写体１０の偏光特性である複屈折位相差や主軸方位を求める。なお、被写体１０が有する偏光特性を求めるための偏光計算は、上記の手法に限定されるものではない。
【0096】
偏光計算によって得られる複屈折位相差や主軸方位は、ピクセル単位の数値データである。例えば、複屈折位相差については、ＬＵＴ（Look Up Table：ルックアップテーブル）を用いて色や輝度などを設定することで、偏光計算によって得られた複屈折位相差を視覚的に認識しやすい画像（複屈折位相差可視化画像）を生成することが可能である。図７は、本発明の実施の形態における撮影システムで得られた複数の画像データを用いて生成された画像の一例を示す図であり、複数の画像データを用いた偏光計算によって得られた複屈折位相差を表す複屈折位相差可視化画像を示す図である。図７に示す画像は、２つの回転テーブル１０３のそれぞれにポリスチレン製のスプーンが載置された状態で撮影されたものである。図７に示す画像はカラー画像であり、ＬＵＴを用いて、各ピクセルにおける複屈折位相差の数値に対応する色が付けられている。このように、複屈折位相差の数値に対して擬似的に色付けを行うことで、偏光計算によって得られた被写体１０の複屈折位相差を視覚的に把握しやすい画像を生成することが可能である。
【0097】
また、主軸方位についても同様に、ＬＵＴを用いた画像を生成することが可能であるが、任意のピクセル数の画像領域の主軸方位を平均化して、偏光計算によって得られた主軸方位を表すベクトル（細い線などの表示要素によって、線の長さで主軸方位の大きさを表し、線の向きで主軸方位の方向を表す）を各画像領域内に描いた画像（主軸方位可視化画像）を生成することも可能である。図８は、本発明の実施の形態における撮影システムで得られた複数の画像データを用いて生成された画像の一例を示す図であり、複数の画像データを用いた偏光計算によって得られた主軸方位を表す主軸方位可視化画像を示す図である。図８に示す画像は、２つの回転テーブル１０３のそれぞれにポリスチレン製のスプーンが載置された状態で撮影されたものである。図８に示す画像では、画像領域が複数のピクセルを含む正方形の領域に分割されている。正方形の各領域に含まれるピクセルにおける主軸方位の大きさ及び方向の平均値を求め、主軸方位の平均値を各領域内に細い線で表すことで、偏光計算によって得られた被写体１０の主軸方位を視覚的に把握しやすい画像を生成することが可能である。
【0098】
また、キャリブレーション用画像、偏光計算用画像、偏光可視化画像、反射照明画像、反射照明＋透過照明画像、透過照明画像、複屈折位相差可視化画像、主軸方位可視化画像を任意に組み合わせて可視化画像データを生成してもよく、あるいは、輝度値の加減乗除を計算して、画像を重ね合わせる処理を行ってもよい。画像を重ね合わせる処理によって得られた結果は、例えば、二値化（ｂｉｎａｒｉｚａｔｉｏｎ）、ラベリング、領域抽出、カウント、明確化、判定などの用途に用いることが可能である。なお、画像データに係る処理を行う際に、例えば特定の関心領域（Region of Interest）を設定し、関心領域に含まれるピクセルについてのみ偏光計算を行ったり、画像の抽出及び加工などを行ったりしてもよい。
【0099】
以下、様々な画像処理に係る具体的な例について説明する。
【0100】
デジタル画像はピクセルの集合である。８ビットグレースケール画像の場合、０から２５５までの輝度値が各ピクセルに格納され、２次元配列として並んでいる。カラー画像の場合、ＲＧＢの各色が０から２５５までの値によって表され、ＲＧＢいずれかの値をそのピクセルの輝度値とするか、例えば輝度値＝ＩＮＴ（０．２９９×（Ｒの値）＋０．５８７×（Ｇの値）＋０．１１４×（Ｂの値）＋０．５）などの式に基づいて各ピクセルの輝度値を計算することによって、カラー情報を破棄してグレースケール画像に変換することが可能である。
【0101】
図９は、本発明の実施の形態における撮影システムで得られた複数の画像データを用いて生成された画像の一例を示す図であり、ポリスチレン製のスプーンを被写体として撮影された画像を示す図である。図９に示す画像は、２つの回転テーブル１０３のそれぞれにポリスチレン製のスプーンが載置された状態で撮影されたものである。図９に示す画像はカラー画像であり、偏光によってスプーン上に虹色の縞模様が見えている状態が撮影されている。
【0102】
画像解析の実務において、関心の対象となる画像領域は通常、限定的である。この場合、関心領域は、左右２つのスプーンのそれぞれの樹脂材料部分に限定され、下部に写っている台や背景部は画像解析において排除したい場合がある。
【0103】
こうした場合に用いる典型的な画像処理手法は、二値化である。８ビットグレースケールの画素の輝度値に対して閾値（例えば、１００）を設定すると、それより暗いピクセル（０から９９までの輝度値を持つピクセル）や、それより明るいピクセル（０から９９までの輝度値を持つピクセル）を選別することが可能となり、注目する画像領域／注目しない画像領域を任意に抽出することが可能となる。例えば、抽出された画像領域のみに対して、ＬＵＴを設定して着色を行うと、見やすい明瞭な画像を得ることが可能となり、目視で検査を行う場合など、可視化用途に有用である。
【0104】
図１０は、本発明の実施の形態における撮影システムで得られた複数の画像データに対して行われるラベリング処理を説明するための図である。図１０には、横１６ピクセル×縦１５ピクセルの画像領域内に４つの関心領域が存在する画像（図１０の左側の画像）と、この画像に対してラベリング処理が行われた状態の画像（図１０の右側の画像）とが図示されている。
【0105】
図１０に示すように、関心領域内の画素のそれぞれに対してプログラム上で異なる番号を割り当てるラベリング処理を行うと、各関心領域に対応するピクセルを数えることで各関心領域の面積を求める、関心領域の数を数える、関心領域の有無を判定するなどの様々な数値化や自動処理が可能となる。また、ラベリング処理によって割り当てた番号ごとに異なる色を割り当てることで、領域の分布を視覚的に把握しやすい画像を生成することが可能である。ラベリング処理後の画像（図１０の右側の画像）はカラー画像であり、例えば、番号０のピクセルに黒、番号１のピクセルに青色、番号２のピクセルに緑色、番号３のピクセルに橙色、番号４のピクセルに赤色がそれぞれ色付けされている。
【0106】
また、画像の二値化処理は、画像データの質に依存する。図１１は、本発明の実施の形態における撮影システムで得られた透過照明画像の一例を示す図である。図１１に示すように、被写体１０であるスプーンの樹脂を透過した光の明るさは、背景部（被写体１０とは異なる部分）の光の明るさと近接しているため、画像内のスプーンに対応したピクセルは、背景部に対応したピクセルの輝度値と近接した明るい輝度値を持っている。そのため、単純な二値化処理でスプーンの画像領域のみを抽出することは容易ではない。
【0107】
一方、図１２は、本発明の実施の形態における撮影システムで得られた画像データをグレースケール変換し、さらにコントラストを調整する場合を説明するための図である。図１２の左側の画像は、第１の光学素子１０２と第２の光学素子１０５とがクロスニコルの状態となるよう配置された状態で撮影されたものであり、背景部が暗くなっている。このような状態で撮影された画像は、画像内のスプーンに対応したピクセルの輝度値と比べて、背景部に対応するピクセルが暗い輝度値を持つ。そのため、画像をグレースケールに変換し（図１２の中央の画像）、適切にコントラストを調整することで（図１２の右側の画像）、被写体１０であるスプーンに対応するピクセルの輝度値のみを高くする二値化処理を行うことが容易となり、スプーンに対応する部分が強調された画像を生成することが可能となる。
【0108】
本発明の実施の形態における撮影システムは、異なる条件下で撮影された複数の画像データを任意に利用して、可視化や画像解析が可能である。図１３は、本発明の実施の形態における撮影システムで得られた画像データに対して二値化処理を行い、二値化処理によって得られた画像をマスク情報として用いる場合を説明するための図である。
【0109】
図１３の左側の画像は、本発明の実施の形態における撮影システムで得られた複数の画像データを用いて生成された画像であり、複数の画像データを用いた偏光計算によって得られた複屈折位相差にＬＵＴを設定して可視化した画像である。図１３の左側の画像はカラー画像であり、背景部にも色が付いているが、被写体１０であるスプーン以外の領域は意味がなく、関心もない。そこで、上述した二値化処理によって得られた画像をマスク情報として重ね合わせることで、図１３の右側に示すように背景部を排除することが可能となる。マスク処理が施された画像は、被写体１０に対応する関心領域内の各ピクセルのみ有効な数値を持っている。したがって、被写体１０に対応する各ピクセルに係る数値の最大値、最小値、平均値、標準偏差を求めるなどの処理が容易となり、被写体１０の特性を容易に評価することが可能となる。
【0110】
また、異なる条件下で撮影された複数の画像データを任意に利用した可視化処理も可能である。図１４は、本発明の実施の形態における撮影システムで得られた複数の画像データを用いた画像合成処理を説明するための図である。なお、図１４（ａ）～（ｅ）の画像は９個の領域に分かれており、各領域は、各ピクセルに対応するか、あるいは、複数のピクセルを含む領域に対応している。以下では、各領域が各ピクセルに対応しているものとして説明する。
【0111】
偏光計算によって、各ピクセルについて複屈折位相差の数値を算出することが可能である。複屈折位相差の数値は、複数のキャリブレーション用画像及び偏光計算用画像に基づき偏光計算を行うことによって得られる。図１４（ａ）には、偏光計算によって得られた各ピクセルの複屈折位相差の数値が示されている。各ピクセルが持つ複屈折位相差の数値に関してＬＵＴ処理を行うことで、図１４（ｂ）に示すように、複屈折位相差の数値に対応した色を各ピクセルに対して割り当てることが可能である。図１４（ｂ）はカラー画像であり、複屈折位相差の数値に対応して色付けされている。
【0112】
一方、図１４（ｃ）の画像は反射照明画像であり、各ピクセルがカラー情報（例えばＲＧＢの３色の数値の組み合わせ）を持つカラー画像である。この反射照明画像をクレースケール変換することで、図１４（ｄ）に示すような画像（グレー化画像）を得ることが可能である。
【0113】
ここで、例えば、図１４（ｂ）の画像に対して閾値処理を行い、偏光計算によって得られた複屈折位相差の数値が所定の閾値以下（例えば、１００以下）のピクセルのみ色情報をそのまま維持し、所定の閾値より大きいピクセルについては、図１４（ｄ）のグレー化画像のピクセルに置き換える（グレー化する）ように、図１４（ｃ）のカラー化画像と図１４（ｄ）のグレー化画像とを合成する。これにより、図１４（ｅ）に示すような画像を生成することが可能である。図１４（ｅ）の画像は、偏光計算によって得られた複屈折位相差の数値が所定の閾値以下のピクセルについては色付けされており、閾値より大きいピクセルについては、反射照明画像をグレースケール変換して得られた輝度値を持つ画像である。
【0114】
画像処理系のＰＣ３００における画像処理は、上述の処理に限定されるものではなく、任意の手法による画像処理を行うことが可能である。上述の処理以外に、例えば、グレースケール変換した複数の画像の各ピクセルのうち最高輝度値を持つピクセルを投影したＭＩＰ（Max Intensity Projection）画像を生成する機能を有していてもよい。また、被写体が写っている領域のみを切り抜くクリッピング機能や、任意の画像を同一画像内に配置して合成するタイリング機能を有していてもよい。
【0115】
さらに、画像処理系のＰＣ３００は、例えば、複数の画像データや、複数の画像データから生成された新たな画像データから選択された画像データ群について、Ｎ（Ｎは２以上の整数）次元配列フォーマットにおける配置位置を表すように定められる命名規則に従って、画像データ群に含まれる各画像データに対してファイル名を付け、各画像データにファイル名が付けられた画像データ群を含む表示用画像データファイルを生成する表示用画像データファイル生成部を有してもよい。
【0116】
例えば、本発明の実施の形態における撮影システムで得られた画像データや、上述の様々な画像処理によって新たに生成された画像データなどから、所望の画像データを複数選択し、選択された複数の画像データに対して、所定の配列ルール（例えば、２次元配列フォーマット）に基づく一定の命名規則に従ってファイル名を付ける。そして、ファイル名が付けられた一連の画像データを読み込んで所定の配列ルールに従って動画フォーマットなどに変換することで、複数の画像データを含む１つの表示用画像データファイルを生成することが可能である。この場合、複数の画像データを読み込み、例えば、Ｈ．２６４を用いてデータの圧縮を行ってＱｕｉｃｋＴｉｍｅ（登録商標）ＶＲフォーマット（オブジェクトムービー）として出力することで、複数の画像データを含む１つの表示用画像データファイルが生成することが可能である。
【0117】
ここで、表示用画像データファイルに格納される複数の画像データの配列ルールの一例について説明する。選択された複数の画像データは、例えば、ＲｏｗとＣｏｌｕｍｎの２つの配列軸により構成される２次元配列フォーマット内の配置座標と関連付けられることで、当該２次元配列フォーマット内に仮想的に配置される。例えば、図１５に図示されているように、ＲｏｗにＭ枚、ＣｏｌｕｍｎにＮ枚の画像が配置される２次元配列フォーマット（Ｎ×Ｍの２次元配列フォーマット）が設定され、この２次元配列フォーマット内の各配置座標（Ｒｍ，Ｃｎ）（ｍ、ｎは整数、１≦ｍ≦Ｍ、１≦ｎ≦Ｎ）に各画像データが仮想的に配置される。このとき、２次元配列フォーマットに含まれる画像は、生成後の表示用画像データファイルを適切な再生環境（例えば、ＱｕｉｃｋＴｉｍｅプレーヤ）で再生及び表示した際に、所定のユーザ操作に応じて、Ｒｏｗ方向又はＣｏｌｕｍｎ方向に隣り合う画像間で表示が切り替わることを前提として配置される。
【0118】
表示用画像データファイルの再生環境では、例えば、ユーザがマウスを上下方向に移動したり上下に対応するカーソルキーを押下したりすることによって、Ｒｏｗ方向に隣り合う画像間で表示が切り替わり、マウスを左右方向に移動したり左右に対応するカーソルキーを押下したりすることによって、Ｃｏｌｕｍｎ方向に隣り合う画像間で表示が切り替わる。なお、図１５において、２次元配列フォーマット内のＲｏｗのＭ番目又はＣｏｌｕｍｎのＮ番目が、Ｒｏｗの１番目又はＣｏｌｕｍｎの１番目と隣り合うように設定されてもよい。
【0119】
図１５に図示されているように２次元配列フォーマット内に仮想的に配置された複数の画像データは、図１６に模式的に示されているように、所定の配列ルールに従って動画フォーマットなどに出力されることで、１つの表示用画像データファイル内に格納される。表示用画像データファイルに複数の画像データを格納する際に任意のファイルフォーマットを用いることが可能であるが、動画フォーマットを用いることで高能率のコーデックを適用することが可能となり、ファイルサイズを極めて小さく圧縮することが可能となる。
【0120】
なお、図１５に図示されている２次元配列フォーマットは一例であり、本発明は、この配列に限定されるものではない。また、現在のＱｕｉｃｋＴｉｍｅＶＲフォーマットは、２次元配列フォーマットを有しているが、これに限定されるものではなく、表示用画像をＮ（Ｎは３以上の整数）次元配列フォーマット内に配置してもよい。２次元配列フォーマットでは２本の配列軸が存在し、２次元配列フォーマット内において各配列軸に沿って隣接する表示用画像は４枚存在する。ＱｕｉｃｋＴｉｍｅプレーヤは、これら４方向に対してマウスの上下左右の移動又は４方向のカーソルキーを関連付けることで各配列軸に沿って隣接した画像の表示切り替えを行っている。一方、Ｎ次元配列フォーマットが実現可能な場合、Ｎ次元配列フォーマットでは配列軸がＮ本存在し、Ｎ次元配列フォーマット内において各配列軸に沿って隣接する表示用画像は２×Ｎ枚となる。この場合、再生環境において２×Ｎ方向で隣接した画像の表示切り替えを行うプレーヤを準備することで、所望の画像切り替えを実現することが可能となる。
【0121】
ＲｏｗとＣｏｌｕｍｎの２つの配列軸に割り当てられる情報は、選別された複数の画像データや、最終的に生成される表示用画像データファイルの用途などに応じて、ユーザが適宜定めることが可能である。一例として、Ｒｏｗの配列軸を光軸に対する被写体の向きと定め、Ｃｏｌｕｍｎの配列軸を光源素子や光源を組み合わせた条件と定めることが可能である。
【0122】
例えば図５に示す各撮影ステップで撮影された画像データを利用する場合、図１７に示されているように、Ｒｏｗに５枚の画像、Ｃｏｌｕｍｎに１５枚の画像が配置された状態とすることが可能である。図１７に示す仮想的な配置に基づいて表示用画像データファイルを生成した場合、表示用画像データファイルの再生環境では、Ｒｏｗ方向に隣り合う画像を切り替えることで、同一の偏光条件下で被写体が回転するように見え、Ｃｏｌｕｍｎ方向に隣り合う画像を切り替えることで、被写体が同一の向きを向いたまま偏光条件が変化するように見える表示を実現することが可能である。
【0123】
上述した画像処理はそれぞれ独立して行われてもよく、あるいは、任意に組み合わせて可視化画像を生成してもよい。画像処理を組み合わせる場合としては、例えば、偏光計算によって得られた複屈折位相差を表す色付けされ、かつ、偏光計算によって得られた主軸方位を表す表示要素が描かれた画像を生成してもよい。
【0124】
また特に、本発明の実施の形態における撮影システムは、偏光観察用の画像だけではなく、例えば、カメラ側光学素子１０５の偏光子１０５ｂを光軸上から外した状態で、透過照明用光源１０１が白色光（ＲＧＢ発光）を発光して撮影される透過照明画像、及び、反射照明用光源１０４が白色光（ＲＧＢ発光）を発光して撮影される反射照明画像を得ることができるという特徴を備えている。透過照明画像や反射照明画像は、発色に優れており、人間が視認する状態に極めて近い状態を撮影した画像である。こうした透過照明画像や反射照明画像をベースとして、偏光計算によって得られた偏光特性を表す画像や、偏光下において観察される画像などを合成することで、視認性の高い画像を生成することが可能である。
【0125】
上述したように、本発明では、被写体１０が有する偏光特性を求める偏光計算の手法は、特に限定されるものではないが、本発明の発明者のうちの一人を発明者とする特許出願（特願２０１７－９８８５６号）に係る特許請求の範囲、明細書及び図面に記載された偏光測定及び偏光計算の手法を用いることが可能である。以下、この特許出願に含まれている、本発明に有用な技術的思想（以下、本関連技術と呼ぶ）の概要について記載する。なお、本願の出願時には、本関連技術はまだ公知技術とはなっていない。
【0126】
以下、本関連技術の概要について説明する。以下では、図面ならびに数式において太字表記したベクトルを、『［］』を用いて表記する。
【0127】
図１８は、本関連技術による偏光特性測定装置の概略構成を示す説明図である。図示した測定装置９０１は、所定波長の光を試料９１３へ向けて出射する光源９１１、試料９１３へ入射させる光を変調する偏光変調部９１２を備えている。
また、測定装置９０１は、試料９１３から出射された光に所定の偏光等を施し、後述する演算に対応させる偏光解析部９１４、偏光解析部９１４から出射された光を入射し、所定の電気信号へ変換出力する検出器９１５、検出器９１５の出力信号を用いて所定演算を行う演算手段９１６を備えている。
また、測定装置９０１は、試料９１３から出射された光に所定の偏光等を施し、後述する演算に対応させる偏光解析部９１４、偏光解析部９１４から出射された光を入射し、所定の電気信号へ変換出力する検出器９１５、検出器９１５の出力信号を用いて所定演算を行う演算手段９１６を備えている。
【0128】
なお、具体的な測定装置９０１として、例えば、光源９１１と偏光変調部９１２との間に、図示を省略したコリメータレンズユニット等を設置し、当該コリメータレンズユニット等と偏光解析部９１４との間に試料９１３を設置固定する試料ステージ（図示省略）を設置し、試料９１３と偏光解析部９１４との間に適当な対物レンズ（図示省略）を設置し、偏光解析部９１４と検出器９１５との間に無限遠補正が可能な鏡筒（図示省略）を設置し、また、上記の光源９１１から検出器９１５までの間に光導波路等（図示省略）を適当に設けて、顕微鏡型の偏光測定装置として構成してもよい。
【0129】
光源９１１は、例えば、波長が７８０ｎｍの光を発行するＬＥＤ等の準単色発光体や光学フィルタなどを備え、一定の光強度で出射するように構成されている。
偏光変調部９１２は、偏光子Ｐ１と位相板Ｒ１を有し、偏光子Ｐ１は、例えば直線偏光素子であり、透過軸方位を所望の角度へ回転させて設定調整することを可能に構成された例えばホルダ等によって支持されている。位相板Ｒ１は、例えば波長６３３ｎｍの入射光に関して、直線偏光を円偏光とするλ／４波長板であり、主軸方位を所望の角度へ回転させて設定調整することを可能に構成された例えばホルダ等によって支持されている。
偏光変調部９１２と偏光解析部９１４の間には、前述の図示を省略した試料ステージが設置されており、この試料ステージ等を用いて試料９１３が測定装置９０１の所定位置に固定されている。
偏光変調部９１２は、偏光子Ｐ１と位相板Ｒ１を有し、偏光子Ｐ１は、例えば直線偏光素子であり、透過軸方位を所望の角度へ回転させて設定調整することを可能に構成された例えばホルダ等によって支持されている。位相板Ｒ１は、例えば波長６３３ｎｍの入射光に関して、直線偏光を円偏光とするλ／４波長板であり、主軸方位を所望の角度へ回転させて設定調整することを可能に構成された例えばホルダ等によって支持されている。
偏光変調部９１２と偏光解析部９１４の間には、前述の図示を省略した試料ステージが設置されており、この試料ステージ等を用いて試料９１３が測定装置９０１の所定位置に固定されている。
【0130】
偏光解析部９１４は、位相板Ｒ２と偏光子Ｐ２を有し、位相板Ｒ２は、例えば波長６３３ｎｍの入射光に関して、直線偏光を円偏光とするλ／４波長板であり、主軸方位を所望の角度へ回転させて設置調整することを可能に構成された例えばホルダ等によって支持されている。また、偏光子Ｐ２は、例えば直線偏光素子であり、透過軸方位を所望の角度へ回転させて設定調整することを可能に構成された例えばホルダ等によって支持されている。
検出器９１５は、例えば、画像等を撮影可能な撮像素子や分光機構などを備えたＣＣＤカメラ等であり、撮影したカラー画像を表す信号を出力するように構成されている。
なお、測定装置９０１は、例えば、前述の光導波路等によって接続された、光源９１１、偏光変調部９１２、偏光解析部９１４、検出器９１５などにより測定光学系を構成している。特に、検出器９１５に偏光解析部９１４から出射された光以外が入射しないように、測定装置９０１内部、もしくは当該測定装置９０１を設置する場所は、暗室環境とする必要がある。
検出器９１５は、例えば、画像等を撮影可能な撮像素子や分光機構などを備えたＣＣＤカメラ等であり、撮影したカラー画像を表す信号を出力するように構成されている。
なお、測定装置９０１は、例えば、前述の光導波路等によって接続された、光源９１１、偏光変調部９１２、偏光解析部９１４、検出器９１５などにより測定光学系を構成している。特に、検出器９１５に偏光解析部９１４から出射された光以外が入射しないように、測定装置９０１内部、もしくは当該測定装置９０１を設置する場所は、暗室環境とする必要がある。
【0131】
演算手段９１６は、検出器９１５から出力された画像信号等を入力し、この画像信号に含まれる例えば光強度などに関する演算や取得したデータの処理などを行うプロセッサ、必要に応じて所定のデータ等を記憶するメモリ、演算処理結果などを出力表示するディスプレイ装置等を備えた、例えばパーソナルコンピュータなどの情報処理装置である。
なお、測定装置９０１の測定精度を高めるため、単色性の良好な光源９１１、ならびに波長分解能の良好な検出器９１５を使用することが好ましい。
なお、測定装置９０１の測定精度を高めるため、単色性の良好な光源９１１、ならびに波長分解能の良好な検出器９１５を使用することが好ましい。
【0132】
偏光変調部９１２の偏光子Ｐ１および位相板Ｒ１、ならびに偏光解析部９１４の位相板Ｒ２および偏光子Ｐ２は、前述のようにホルダ等によって回転可能に支持されている。このホルダ等を回転駆動する機構部を設置し、当該機構部の動作を、例えば演算手段９１６によって制御するように構成してもよい。即ち、プロセッサやメモリなどを備えた演算手段９１６を、測定装置９０１の各部動作を制御する制御手段とし、あるいは演算手段９１６を制御手段に含めて構成し、例えば、この制御手段になされた入力操作等に応じて、あるいは予め設定されたデータ等に則して、上記の各光学素子の方位などを設定、ならびに変更するように構成してもよい。また、上記の制御手段等により、光源９１１、検出器９１５などの動作を併せて制御するように構成してもよい。
また、演算手段９１６は、偏光子Ｐ１、位相板Ｒ１、位相板Ｒ２、偏光子Ｐ２等の光学素子の方位角度等を示す値を取得するように構成されており、例えば、上記の各光学素子を支持するホルダ等にセンサを備え、このセンサの出力信号から方位角度等の値を表すデータを取得するように構成されている。
また、演算手段９１６は、偏光子Ｐ１、位相板Ｒ１、位相板Ｒ２、偏光子Ｐ２等の光学素子の方位角度等を示す値を取得するように構成されており、例えば、上記の各光学素子を支持するホルダ等にセンサを備え、このセンサの出力信号から方位角度等の値を表すデータを取得するように構成されている。
【0133】
次に動作について説明する。
ここでは、
ｉ）偏光変調部９１２について、
偏光子Ｐ１の透過軸方位をθP1、
位相板Ｒ１の主軸方位をθR1、位相差（任意）をδ1（δ1≠１８０×ｎ度）
ｉｉ）偏光解析部９１４について、
位相板Ｒ２の主軸方位をθR2、位相差（任意）をδ2（δ2≠１８０×ｎ度）
偏光子Ｐ２の透過軸方位をθP2、
と定義して説明する。
ここでは、
ｉ）偏光変調部９１２について、
偏光子Ｐ１の透過軸方位をθP1、
位相板Ｒ１の主軸方位をθR1、位相差（任意）をδ1（δ1≠１８０×ｎ度）
ｉｉ）偏光解析部９１４について、
位相板Ｒ２の主軸方位をθR2、位相差（任意）をδ2（δ2≠１８０×ｎ度）
偏光子Ｐ２の透過軸方位をθP2、
と定義して説明する。
【0134】
測定装置９０１による偏光特性の測定は、概ね次のように動作する。
初めに、偏光解析部９１４の位相板Ｒ２の位相差δ2を、測定光学系を稼働させて測定する（Ｓｔｅｐ１）。
次に、Ｓｔｅｐ１において測定した位相差δ2を示すデータを用いて、偏光解析部９１４の伝達行列（４×４）を求め、この伝達行列の逆行列と検出器９１５が検出した光強度とを用いて、偏光解析部９１４の光入射側における偏光特性（ストークスベクトル・４×１）を求める（Ｓｔｅｐ２）。
また、試料９１３の偏光特性を測定する動作では、試料９１３がない状態で得られるストークスベクトル［Ｓin］と、試料９１３を透過したときのストークスベクトル［Ｓout］とをＳｔｅｐ２の処理動作によって求める。これらから試料９１３の偏光特性を示すミュラー行列を求め、当該ミュラー行列の要素を用いて試料９１３の偏光特性を定量化する（Ｓｔｅｐ３）。
初めに、偏光解析部９１４の位相板Ｒ２の位相差δ2を、測定光学系を稼働させて測定する（Ｓｔｅｐ１）。
次に、Ｓｔｅｐ１において測定した位相差δ2を示すデータを用いて、偏光解析部９１４の伝達行列（４×４）を求め、この伝達行列の逆行列と検出器９１５が検出した光強度とを用いて、偏光解析部９１４の光入射側における偏光特性（ストークスベクトル・４×１）を求める（Ｓｔｅｐ２）。
また、試料９１３の偏光特性を測定する動作では、試料９１３がない状態で得られるストークスベクトル［Ｓin］と、試料９１３を透過したときのストークスベクトル［Ｓout］とをＳｔｅｐ２の処理動作によって求める。これらから試料９１３の偏光特性を示すミュラー行列を求め、当該ミュラー行列の要素を用いて試料９１３の偏光特性を定量化する（Ｓｔｅｐ３）。
【0135】
次に各Ｓｔｅｐの動作を説明する。
なお、下記のＳｔｅｐ１およびＳｔｅｐ２で説明する動作処理は、後述するＳｔｅｐ３において行われる動作処理の一部分である。
＜Ｓｔｅｐ１＞
１－１．例えば、偏光変調部９１２の偏光子Ｐ１の透過軸方位θP1に対して、位相板Ｒ１の主軸方位θR1および位相板Ｒ２の主軸方位θR2を、平行となる、または直交する方位に設定する。このとき、各位相板の主軸方位を進相軸あるいは遅相軸のどちらに設定してもよい。
１－２．偏光解析部９１４の位相板Ｒ２の主軸方位θR2を、例えば、上記の項目１－１で設定した状態から４５×（２ｎ＋１）度回転させる。
１－３．偏光解析部９１４の主軸方位θR2を、上記の項目１－２で設定した状態としておき、当該偏光解析部９１４の偏光子Ｐ２の透過軸方位θP2を、偏光変調部９１２の偏光子Ｐ１の透過軸方位θP1に対して平行状態に設定したときの光強度と、直交状態に設定したときの光強度を、順次、演算手段９１６のメモリ等に記憶させる。
なお、下記のＳｔｅｐ１およびＳｔｅｐ２で説明する動作処理は、後述するＳｔｅｐ３において行われる動作処理の一部分である。
＜Ｓｔｅｐ１＞
１－１．例えば、偏光変調部９１２の偏光子Ｐ１の透過軸方位θP1に対して、位相板Ｒ１の主軸方位θR1および位相板Ｒ２の主軸方位θR2を、平行となる、または直交する方位に設定する。このとき、各位相板の主軸方位を進相軸あるいは遅相軸のどちらに設定してもよい。
１－２．偏光解析部９１４の位相板Ｒ２の主軸方位θR2を、例えば、上記の項目１－１で設定した状態から４５×（２ｎ＋１）度回転させる。
１－３．偏光解析部９１４の主軸方位θR2を、上記の項目１－２で設定した状態としておき、当該偏光解析部９１４の偏光子Ｐ２の透過軸方位θP2を、偏光変調部９１２の偏光子Ｐ１の透過軸方位θP1に対して平行状態に設定したときの光強度と、直交状態に設定したときの光強度を、順次、演算手段９１６のメモリ等に記憶させる。
【0136】
１－４．項目１－３にて記憶させた各光学素子の状態（方位角度）における光強度を用いて、偏光解析部９１４の位相板Ｒ２の位相差δ2を算出する。
例えば、偏光子Ｐ１の透過軸方位θP1＝０度、位相板Ｒ１の主軸方位θR1＝０度、位相板Ｒ２の主軸方位θR2＝４５度と設定し、偏光子Ｐ２の透過軸方位θP2＝０度（θP1と並行状態）において検出器９１５が検出した光強度をＩ0、透過軸方位θP2＝９０度（θP1と直交状態）において検出器９１５が検出した光強度をＩ90としたとき、位相板Ｒ２の位相差δ2は、次の式（１）によって求められる。
例えば、偏光子Ｐ１の透過軸方位θP1＝０度、位相板Ｒ１の主軸方位θR1＝０度、位相板Ｒ２の主軸方位θR2＝４５度と設定し、偏光子Ｐ２の透過軸方位θP2＝０度（θP1と並行状態）において検出器９１５が検出した光強度をＩ0、透過軸方位θP2＝９０度（θP1と直交状態）において検出器９１５が検出した光強度をＩ90としたとき、位相板Ｒ２の位相差δ2は、次の式（１）によって求められる。
【0137】
【数1】
【0138】
Ｓｔｅｐ１において、測定装置９０１は、試料９１３の偏光測定時と同じ状態とされ、例えば、図示を省略した各部レンズの倍率などは最適な値に設定されている。このように各部を設定した状態において、試料ステージ等に試料９１３を設置固定することなく、前述のように各光学素子（偏光子Ｐ１、位相板Ｒ１、位相板Ｒ２、偏光子Ｐ２）の方位等を設定し、例えば、上記の各光学素子を図２６の表１に示した各値に設定して、偏光解析部９１４からの出射光を検出器９１５へ入射し、光強度を測定する。
【0139】
検出器９１５は、撮影した画像を示す信号として、例えばＲＡＷデータを出力し、演算手段９１６は、適宜、検出器９１５から出力されたＲＡＷ形式の画像ファイルを、自ら備えるメモリ等の記憶手段に保存する。即ち、Ｓｔｅｐ１において、上記の記憶手段に記憶する画像ファイルは、前述の項目１－３にて説明した２つの状態（各光学素子の方位角度）において撮影されたものである。
演算手段９１６は、前述の記憶した２枚の（２つの状態で撮影された）画像ファイルについて、これら画像の各ピクセルに存在する光強度を抽出し、項目１－４で説明した式（１）の演算をピクセル毎に行って、位相板Ｒ２が有する位相差δ2の二次元分布を表す画像データを生成する。
演算手段９１６は、前述の記憶した２枚の（２つの状態で撮影された）画像ファイルについて、これら画像の各ピクセルに存在する光強度を抽出し、項目１－４で説明した式（１）の演算をピクセル毎に行って、位相板Ｒ２が有する位相差δ2の二次元分布を表す画像データを生成する。
【0140】
＜Ｓｔｅｐ２＞
２－１．偏光解析部９１４の直前（光入射側）の偏光状態をストークスベクトル［Ｓ］＝（Ｓ0，Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3）と表し、前述の各光学素子に対応するミュラー行列から、検出器５を用いた場合の光強度Ｉiを算出する式を生成する。ここで例示する測定装置９０１では、次の式（２）のように定められる。
２－１．偏光解析部９１４の直前（光入射側）の偏光状態をストークスベクトル［Ｓ］＝（Ｓ0，Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3）と表し、前述の各光学素子に対応するミュラー行列から、検出器５を用いた場合の光強度Ｉiを算出する式を生成する。ここで例示する測定装置９０１では、次の式（２）のように定められる。
【0141】
【数2】
【0142】
式（２）において、
【数3】
【0143】
２－２．偏光解析部９１４を構成する各光学素子（位相板Ｒ２、偏光子Ｐ１）の方位角度を任意の値に設定し、これら方位角度とＳｔｅｐ１において求めた位相差δ2とを用いて、ストークスベクトル［Ｓ］の上位の係数Ａi、Ｂi、Ｃi、Ｄiを算出する。
２－３．偏光解析部９１４の各光学素子の方位θR2及び方位θP2の各角度を任意に設定し、ある射偏光状態の光が偏光解析部９１４を透過した後の光強度Ｉiを測定し、この測定値を例えば前述のメモリ等に記憶させる。
２－４．偏光解析部９１４の各光学素子の方位θR2及び方位θP2の角度設定を４回変更して、項目２－３で説明した動作処理を繰り返す（ｉ＝１～４）。
ここで、光学素子の方位角度を変更して光強度Ｉiを繰り返し測定するとき、方位θR2、θP2の各角度は、順次、任意に設定するが、上記のθaが同一とならないように設定する。
２－３．偏光解析部９１４の各光学素子の方位θR2及び方位θP2の各角度を任意に設定し、ある射偏光状態の光が偏光解析部９１４を透過した後の光強度Ｉiを測定し、この測定値を例えば前述のメモリ等に記憶させる。
２－４．偏光解析部９１４の各光学素子の方位θR2及び方位θP2の角度設定を４回変更して、項目２－３で説明した動作処理を繰り返す（ｉ＝１～４）。
ここで、光学素子の方位角度を変更して光強度Ｉiを繰り返し測定するとき、方位θR2、θP2の各角度は、順次、任意に設定するが、上記のθaが同一とならないように設定する。
【0144】
２－５．前述の項目２－１から項目２－４において、算出される係数Ａi、Ｂi、Ｃi、Ｄi、偏光解析部９１４直前（光入射側）におけるストークスベクトル［Ｓ］、測定・記憶される光強度Ｉiは、次の行列式（３）のように表記される。
【0145】
【数4】
【0146】
上記の行列式（３）より、係数Ａi、Ｂi、Ｃi、Ｄiを行列の要素とする、偏光解析部９１４の伝達行列Ａ、ならびに、その逆行列Ａ-1と、各画像ファイルの光強度Ｉiを要素とする光強度行列Ｉとを用いて、次の式（４）に示したようにストークスベクトル［Ｓ］を求めることができる。
【0147】
【数5】
【0148】
Ｓｔｅｐ２において、測定装置９０１の演算手段９１６は、前述の項目２－１で説明したように光強度Ｉiを算出する式を定め、項目２－２で説明したようにストークスベクトル［Ｓ］の各係数Ａi、Ｂi、Ｃi、Ｄiを算出する。
また、演算手段９１６は、項目２－３で説明したように、偏光解析部９１４の各光学素子について、例えば、前述の機構部等を制御して当該光学素子を支持するホルダ等を回転させ、図２７の表２に示すように方位角度を設定する。また、検出器９１５を用いて各方位角度における撮影を行い、撮影した各画像ファイルの光強度Ｉiを前述のメモリ等に記憶させ、これらの動作処理を項目２－４で説明したように繰り返して、伝達行列Ａ、さらに逆行列Ａ-1を求め、偏光解析部９１４直前の偏光状態を示すストークスベクトル［Ｓ］を求める。
測定装置９０１は、次に説明するＳｔｅｐ３の動作処理によって試料９１３の偏光特性を測定する。Ｓｔｅｐ３は、後述する各光学素子に設定された様々な方位角度等についてＳｔｅｐ１ならびにＳｔｅｐ２で説明した動作処理（演算処理）等を行うものである。
また、演算手段９１６は、項目２－３で説明したように、偏光解析部９１４の各光学素子について、例えば、前述の機構部等を制御して当該光学素子を支持するホルダ等を回転させ、図２７の表２に示すように方位角度を設定する。また、検出器９１５を用いて各方位角度における撮影を行い、撮影した各画像ファイルの光強度Ｉiを前述のメモリ等に記憶させ、これらの動作処理を項目２－４で説明したように繰り返して、伝達行列Ａ、さらに逆行列Ａ-1を求め、偏光解析部９１４直前の偏光状態を示すストークスベクトル［Ｓ］を求める。
測定装置９０１は、次に説明するＳｔｅｐ３の動作処理によって試料９１３の偏光特性を測定する。Ｓｔｅｐ３は、後述する各光学素子に設定された様々な方位角度等についてＳｔｅｐ１ならびにＳｔｅｐ２で説明した動作処理（演算処理）等を行うものである。
【0149】
＜Ｓｔｅｐ３＞
３－１．測定装置９０１に試料９１３を設置しない状態、例えば、前述の試料ステージを空の状態として光源９１１を発光させ、偏光変調部９１２の位相板Ｒ１の方位θR1を任意の角度に設定し、前述Ｓｔｅｐ１ならびにＳｔｅｐ２で説明した演算処理を行って入射ストークスベクトル［Ｓinj］を算出する。
３－２．上記の項目３－１で説明した動作ならびに演算処理は、偏光状態が重複しないように偏光変調部９１２の条件（方位θR1の設定角度）を変更して、入射ストークスベクトル［Ｓinj］の算出を４回繰り返し（ｊ＝１～４）、入射ストークスベクトル［Ｓin1］、［Ｓin2］、［Ｓin3］、［Ｓin4］を求める。
３－１．測定装置９０１に試料９１３を設置しない状態、例えば、前述の試料ステージを空の状態として光源９１１を発光させ、偏光変調部９１２の位相板Ｒ１の方位θR1を任意の角度に設定し、前述Ｓｔｅｐ１ならびにＳｔｅｐ２で説明した演算処理を行って入射ストークスベクトル［Ｓinj］を算出する。
３－２．上記の項目３－１で説明した動作ならびに演算処理は、偏光状態が重複しないように偏光変調部９１２の条件（方位θR1の設定角度）を変更して、入射ストークスベクトル［Ｓinj］の算出を４回繰り返し（ｊ＝１～４）、入射ストークスベクトル［Ｓin1］、［Ｓin2］、［Ｓin3］、［Ｓin4］を求める。
【0150】
３－３．測定装置９０１に試料９１３を設置固定した状態で光源９１１を発光させ、項目３－１もしくは項目３－２と同一の条件下で試料９１３に入射光を照射し、この状態で検出した光強度を用いて前述のＳｔｅｐ１ならびにＳｔｅｐ２で説明した演算処理を行って、試料を透過した透過後ストークスベクトル［Ｓoutj］を算出する。即ち、項目３－２の動作処理において設定した４つの方位θR1毎に（ｊ＝１～４）、透過後ストークスベクトル［Ｓout1］、［Ｓout2］、［Ｓout3］、［Ｓout4］を求める。
３－４．ここで、試料９１３の偏光特性をミュラー行列Ｍとして表す場合、入射ストークスベクトル［Ｓinj］と透過後ストークスベクトル［Ｓoutj］との関係は、次の式（５）のように表記することができる。
３－４．ここで、試料９１３の偏光特性をミュラー行列Ｍとして表す場合、入射ストークスベクトル［Ｓinj］と透過後ストークスベクトル［Ｓoutj］との関係は、次の式（５）のように表記することができる。
【0151】
【数6】
【0152】
上記の式（５）に基づき、項目３－１～項目３－３の各動作処理によって得られた入射ストークスベクトル［Ｓinj］と透過後ストークスベクトル［Ｓoutj］を、それぞれ４×４の行列要素として、行列Ｓ’inおよび行列Ｓ’outに行列化すると、次の式（６）のように表記することができる。
【0153】
【数7】
【0154】
上記の式（６）より、各入射ストークスベクトルからなる行列Ｓ’inの逆行列と、各透過後ストークスベクトルからなる行列Ｓ’outを用いて、試料９１３のミュラー行列Ｍの要素が、次の式（７）によって求められる。
【0155】
【数8】
【0156】
Ｓｔｅｐ３において、測定装置９０１の演算手段９１６は、項目３－１および項目３－２で説明したように、測定装置９０１に試料９１３を設置しない状態で入射ストークスベクトル［Ｓinj］を求めるとき、｛偏光変調部９１２における４パターンの方位（θR1）の入射偏光｝×｛偏光解析部９１４直前の偏光状態を示す４つの要素（Ｓ0，Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3）＝１６の要素を算出する。これは、前述のＳｔｅｐ２で説明した偏光解析部９１４に関するストークスベクトル［Ｓ］が、４つの要素（Ｓ0，Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3）で構成されていることと同義である。なお、これらの演算は、前述のＳｔｅｐ１で説明したように、画像ファイルのピクセル毎に行われる。
【0157】
図１９は、図１８の演算手段９１６が求める入射ストークスベクトルを示す説明図である。
演算手段９１６は、入射ストークスベクトル［Ｓinj］を求めるとき、前述の各光学素子を、例えば、図２７の表２に示した、いずれかの方位角度（θP1，θR1，θR2，θP2）に設定し、設定した方位角度について、項目３－１で説明したようにＳｔｅｐ１ならびにＳｔｅｐ２の処理動作を行って、測定装置９０１に試料９１３を設置していないときの伝達行列Ａ並びに逆行列Ａ-1を求め、これを用いて入射ストークスベクトル［Ｓin1］、［Ｓin2］、［Ｓin3］、［Ｓin4］を求める。なお、これらの入射ストークスベクトルは、図１９に示したように各々４つの要素からなるものである。
演算手段９１６は、入射ストークスベクトル［Ｓinj］を求めるとき、前述の各光学素子を、例えば、図２７の表２に示した、いずれかの方位角度（θP1，θR1，θR2，θP2）に設定し、設定した方位角度について、項目３－１で説明したようにＳｔｅｐ１ならびにＳｔｅｐ２の処理動作を行って、測定装置９０１に試料９１３を設置していないときの伝達行列Ａ並びに逆行列Ａ-1を求め、これを用いて入射ストークスベクトル［Ｓin1］、［Ｓin2］、［Ｓin3］、［Ｓin4］を求める。なお、これらの入射ストークスベクトルは、図１９に示したように各々４つの要素からなるものである。
【0158】
具体的には、演算処理１６は、設定されている（例えば、図２７の表２に示した入射パターン１の）位相板Ｒ２と偏光子Ｐ２の各方位θR2、θP2の値を示すデータを取得し、これらの値とＳｔｅｐ１で求めた位相差δ2とを用いて、式（２）の演算を行う。また、式（２）の演算によって取得した光強度Ｉ1-1～Ｉ4-1を用いて伝達行列Ａを求め、さらに逆行列Ａ-1を求める。
次に、当該入射パターン１で取得した各光強度と逆行列Ａ-1とを用いて、前述の式（４）から入射ストークスベクトル［Ｓin1］の要素（Ｓ0inl，Ｓ1inl，Ｓ2inl，Ｓ3inl）を算出する。
この後、項目３－２で説明したように偏光状態が重複しないように、各光学素子の方位角度等を設定し、例えば図２７の表２に示した入射パターン２～４に示した各設定値についても、入射パターン１と同様な演算処理を行い、図１９に示した４つのパターンの偏光状態を示す４つの入射ストークスベクトル［Ｓin1］、［Ｓin2］、［Ｓin3］、［Ｓin4］、もしくは、これらのベクトル要素を求める。
次に、当該入射パターン１で取得した各光強度と逆行列Ａ-1とを用いて、前述の式（４）から入射ストークスベクトル［Ｓin1］の要素（Ｓ0inl，Ｓ1inl，Ｓ2inl，Ｓ3inl）を算出する。
この後、項目３－２で説明したように偏光状態が重複しないように、各光学素子の方位角度等を設定し、例えば図２７の表２に示した入射パターン２～４に示した各設定値についても、入射パターン１と同様な演算処理を行い、図１９に示した４つのパターンの偏光状態を示す４つの入射ストークスベクトル［Ｓin1］、［Ｓin2］、［Ｓin3］、［Ｓin4］、もしくは、これらのベクトル要素を求める。
【0159】
図２０は、図１８の演算処理１６が求める透過後ストークスベクトルを示す説明図である。
演算手段９１６は、透過後ストークスベクトル［Ｓoutj］を求めるとき、前述の各光学素子を、例えば、図２７の表２に示したいずれかの方位角度（θP1，θR1，θR2，θP2）に設定し、設定した方位角度について、項目３－３で説明したようにＳｔｅｐ１ならびにＳｔｅｐ２の動作処理を行って、測定装置９０１に試料９１３を設置して光入射させたときの伝達行列Ａならびに逆行列Ａ-1を求め、これを用いて透過後ストークスベクトル［Ｓout1］、［Ｓout2］、［Ｓout3］、［Ｓout4］を求める。なお、これらの透過後ストークスベクトルは、図２０に示したように各々４つの要素からなる。
演算手段９１６は、透過後ストークスベクトル［Ｓoutj］を求めるとき、前述の各光学素子を、例えば、図２７の表２に示したいずれかの方位角度（θP1，θR1，θR2，θP2）に設定し、設定した方位角度について、項目３－３で説明したようにＳｔｅｐ１ならびにＳｔｅｐ２の動作処理を行って、測定装置９０１に試料９１３を設置して光入射させたときの伝達行列Ａならびに逆行列Ａ-1を求め、これを用いて透過後ストークスベクトル［Ｓout1］、［Ｓout2］、［Ｓout3］、［Ｓout4］を求める。なお、これらの透過後ストークスベクトルは、図２０に示したように各々４つの要素からなる。
【0160】
図２１は、図１８の測定装置９０１に設置される試料９１３の一例を示す説明図である。図示した試料９１３は、例えば、２種類の位相差フィルムをガラス基板に貼り付け固定し、各位相差フィルムの主軸方位が直交するように構成されたものである。
具体的に透過後ストークスベクトル［Ｓoutj］を求めるとき、測定装置９０１の試料ステージに、例えば、図２１に示した試料９１３を設置固定し、光源９１１から光照射を行って、偏光変調部９１２を介して試料９１３へ入射させ、試料９１３の出射光を偏光解析部９１４を介して検出器９１５へ入射させる。このとき、偏光変調部９１２の偏光子Ｐ１と位相板Ｒ１、および偏光解析部９１４の位相板Ｒ２と偏光子Ｐ２の各方位角度等は、入射ストークスベクトル［Ｓinl］を求めたときと同様に、例えば図２７の表２に示した値に設定され、演算手段９１６は、例えば入射パターン１の各値に設定されたときの各光強度を測定してメモリ等に記憶させる。
具体的に透過後ストークスベクトル［Ｓoutj］を求めるとき、測定装置９０１の試料ステージに、例えば、図２１に示した試料９１３を設置固定し、光源９１１から光照射を行って、偏光変調部９１２を介して試料９１３へ入射させ、試料９１３の出射光を偏光解析部９１４を介して検出器９１５へ入射させる。このとき、偏光変調部９１２の偏光子Ｐ１と位相板Ｒ１、および偏光解析部９１４の位相板Ｒ２と偏光子Ｐ２の各方位角度等は、入射ストークスベクトル［Ｓinl］を求めたときと同様に、例えば図２７の表２に示した値に設定され、演算手段９１６は、例えば入射パターン１の各値に設定されたときの各光強度を測定してメモリ等に記憶させる。
【0161】
この後、メモリ等に記憶させた光強度を用いて、前述の入射ストークスベクトル［Ｓinl］の要素（Ｓ0inl，Ｓ1inl，Ｓ2inl，Ｓ3inl）を求めたときと同様な演算処理を行い、試料９１３を設置したとき、（試料９１３透過後）の透過後ストークスベクトル（Ｓ0out1）の要素（Ｓ0out1，Ｓ1out1，Ｓ2out1，Ｓ3out1）を算出する。
次に、前述の入射ストークスベクトル［Ｓinl］を求めたときと同様に、偏光状態が重複しないように各光学素子の方位角度等を設定し、例えば表２に示した入射パターン２～４に示した各設定値についても、入射パターン１と同様な演算処理を行い、図２０に示した４つのパターンの偏光状態を示す４つの透過後ストークスベクトル［Ｓout1］、［Ｓout2］、［Ｓout3］、［Ｓout4］、もしくは、これらのベクトル要素を求める。
次に、前述の入射ストークスベクトル［Ｓinl］を求めたときと同様に、偏光状態が重複しないように各光学素子の方位角度等を設定し、例えば表２に示した入射パターン２～４に示した各設定値についても、入射パターン１と同様な演算処理を行い、図２０に示した４つのパターンの偏光状態を示す４つの透過後ストークスベクトル［Ｓout1］、［Ｓout2］、［Ｓout3］、［Ｓout4］、もしくは、これらのベクトル要素を求める。
【0162】
このように求めた入射ストークスベクトル［Ｓin1］、［Ｓin2］、［Ｓin3］、［Ｓin4］と透過後ストークスベクトル［Ｓout1］、［Ｓout2］、［Ｓout3］、［Ｓout4］を用いて、試料９１３のミュラー行列Ｍを式（７）の演算によって算出する。
図２２は、演算手段９１６が算出した試料９１３のミュラー行列Ｍを示す説明図である。この図は、図２１に示した試料９１３について、測定装置９０１を用いて求めたミュラー行列Ｍを示したものである。図２２（ａ）はミュラー行列Ｍを構成する各要素の偏光状態をグラフィカルに示し、図２２（ｂ）は、当該ミュラー行列Ｍの各要素の大きさ、もしくは数値を示している。
図２２は、演算手段９１６が算出した試料９１３のミュラー行列Ｍを示す説明図である。この図は、図２１に示した試料９１３について、測定装置９０１を用いて求めたミュラー行列Ｍを示したものである。図２２（ａ）はミュラー行列Ｍを構成する各要素の偏光状態をグラフィカルに示し、図２２（ｂ）は、当該ミュラー行列Ｍの各要素の大きさ、もしくは数値を示している。
【0163】
次に、演算手段９１６は、算出したミュラー行列Ｍの要素から、各偏光状態を排出する。具体的には、式（６）に示したミュラー行列Ｍの各要素を用いて次の各式の演算を行い、試料９１３の偏光特性を定量化する。
【0164】
【数9】
【0165】
図２３は、ミュラー行列の要素から抽出した偏光状態を示す説明図である。この図は、上記の各式を用いて算出した、試料９１３の偏光特性の解析結果を示したもので、図２３（ａ）は試料９１３の複屈折位相差を示し、図２３（ｂ）は試料９１３の主軸方位を示し、図２３（ｃ）は試料９１３の特性測定における偏光解消度を示している。
【0166】
図２４は、図１８の測定装置９０１を用いて測定した偏光特性の一例を示す説明図である。例えば、設計波長が６３３ｎｍの位相板（位相差９０度のλ／４板）を試料９１３として偏光特性を測定したとき、測定装置９０１の光源９１１は波長が７８０ｎｍなので、この試料９１３によって生じる位相差は約７５度となり、上記のように光源９１１の波長と試料９１３の設計波長が異なる場合では、図２４に示した程度の誤差が測定結果に生じる。
図２５は、本関連技術を用いた測定結果と一般的な測定（解析）方法を用いた測定結果を示す説明図である。この図は、試料９１３（図中サンプルと表記）の複屈折位相差を測定したときの測定（解析）結果を示したもので、縦軸に解析結果（位相差の角度）を示し、横軸に試料９１３（サンプル）の位相差（角度）を示している。なお、この図に示した、一般的な解析方法を用いた測定装置の測定（解析）結果については、当該装置に備えられた、試料からの出射光を入射する位相板Ｒ２（本関連技術の測定装置９０１においては偏光解析部９１４の位相板Ｒ２に相当するもの）として、位相差６０度～１２０度の範囲内において、位相板Ｒ２を理想的なλ／４波長板と仮定する一般的な解析法を用いた複屈折位相差の計算結果である。
図２５は、本関連技術を用いた測定結果と一般的な測定（解析）方法を用いた測定結果を示す説明図である。この図は、試料９１３（図中サンプルと表記）の複屈折位相差を測定したときの測定（解析）結果を示したもので、縦軸に解析結果（位相差の角度）を示し、横軸に試料９１３（サンプル）の位相差（角度）を示している。なお、この図に示した、一般的な解析方法を用いた測定装置の測定（解析）結果については、当該装置に備えられた、試料からの出射光を入射する位相板Ｒ２（本関連技術の測定装置９０１においては偏光解析部９１４の位相板Ｒ２に相当するもの）として、位相差６０度～１２０度の範囲内において、位相板Ｒ２を理想的なλ／４波長板と仮定する一般的な解析法を用いた複屈折位相差の計算結果である。
【0167】
図２５に示した一般的な測定装置の測定（解析）結果は、複屈折率位相差の誤差が１０～２０％程度となる。これに対して、本関連技術の測定装置９０１の測定（解析）結果は、図２８の表３に示したように誤差が約５％以内となる。
このことから、本関連技術の測定装置９０１は、演算手段９１６がミュラー行列Ｍと逆行列による補正を用いた演算処理を行うことにより、当該測定装置９０１に備えられた光学素子等に存在する非理想性を解消して試料９１３が有する本来の偏光特性に、より近い結果を得ることができる。換言すると、各光学素子等が持つ非理想性を補正して、当該光学素子等による偏光特性の誤差を解消することができるという効果が得られる。
このことから、本関連技術の測定装置９０１は、演算手段９１６がミュラー行列Ｍと逆行列による補正を用いた演算処理を行うことにより、当該測定装置９０１に備えられた光学素子等に存在する非理想性を解消して試料９１３が有する本来の偏光特性に、より近い結果を得ることができる。換言すると、各光学素子等が持つ非理想性を補正して、当該光学素子等による偏光特性の誤差を解消することができるという効果が得られる。
【0168】
また、光学素子等が有する偏光特性の誤差を解消することができるので、試料９１３と各光学素子等に設定されている光波長が異なっている場合でも、精度良く試料９１３の偏光特性を測定することができる。
また、偏光特性を測定するときのサンプリング数を１６に抑制することができ、測定結果を算出するまでの時間を短時間に抑えることが可能になる。
また、偏光特性を測定するときのサンプリング数を１６に抑制することができ、測定結果を算出するまでの時間を短時間に抑えることが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【0169】
本発明は、偏光を用いてサンプル（試料）を観察する検査・測定に係る技術、サンプルを被写体として写真撮影を行う撮影技術、サンプルの偏光特性を計算する偏光計算技術などに適用可能である。
【符号の説明】
【0170】
１０ 被写体
１０１ 透過照明用光源
１０２ 光源側光学素子
１０２ａ、１０５ｂ 偏光子
１０２ｂ、１０５ａ ＱＷＰ
１０３ 回転テーブル
１０４ 反射照明用光源
１０５ カメラ側光学素子
１０６ カメラ
２００ 撮影制御装置
２０１ 透過照明用光源制御部
２０２ 光源側光学素子制御部
２０３ 回転テーブル制御部
２０４ 反射照明用光源制御部
２０５ カメラ側光学素子制御部
２０６ カメラ制御部
３００ ＰＣ
４００ 記憶装置
５００ 表示装置
９０１ 測定装置
９１１ 光源
９１２ 偏光変調部
９１３ 試料
９１４ 偏光解析部
９１５ 検出器
９１６ 演算手段
１０１ 透過照明用光源
１０２ 光源側光学素子
１０２ａ、１０５ｂ 偏光子
１０２ｂ、１０５ａ ＱＷＰ
１０３ 回転テーブル
１０４ 反射照明用光源
１０５ カメラ側光学素子
１０６ カメラ
２００ 撮影制御装置
２０１ 透過照明用光源制御部
２０２ 光源側光学素子制御部
２０３ 回転テーブル制御部
２０４ 反射照明用光源制御部
２０５ カメラ側光学素子制御部
２０６ カメラ制御部
３００ ＰＣ
４００ 記憶装置
５００ 表示装置
９０１ 測定装置
９１１ 光源
９１２ 偏光変調部
９１３ 試料
９１４ 偏光解析部
９１５ 検出器
９１６ 演算手段
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
