CN108073016A - 图像形成装置 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种图像形成装置，具有照明装置、光束分离部、拍摄装置和图像形成电路。照明装置具有出射30°偏振的第1光的一个以上第1光出射部、出射90°偏振的第2光的一个以上第2光出射部以及出射150°偏振的第3光的一个以上第3光出射部，以第1光、第2光和第3光中的至少某一种光来对被拍摄对象进行照明。光束分离部从返回光中分离并出射0°偏振的第1分量、60°偏振的第2分量以及120°偏振的第3分量。拍摄装置具有包括接受第1分量的第1区域、接受第2分量的第2区域以及接受第3分量的第3区域的拍摄面。图像形成电路基于在以第1光、第2光和第3光对被拍摄对象进行照明时分别取得的第1图像组、第2图像组以及第3图像组来生成被拍摄对象的图像。

Description

图像形成装置
技术领域
本公开涉及图像形成装置。
背景技术
通过调查来自被拍摄对象的光的偏振状态，针对被拍摄对象，能够获得通过基于通常辉度的观察而得不到的信息，进行了与偏振光的应用有关的各种研究。例如下述的专利文献1以及非专利文献1提出了在被半透明的粘膜覆盖的组织表面的细微构造的观察中利用偏振光拍摄。在专利文献1以及非专利文献1所记载的技术中，将作为照明光的直线偏振光的偏振面改变90°，基于各个照明光取得平行尼科尔(nicol)图像以及正交尼科尔图像，对使两个平行尼科尔图像平均化后的图像和使两个正交尼科尔图像平均化后的图像进行差分处理。根据专利文献1以及非专利文献1，通过这样的处理，可得到对被拍摄对象的表面的细微凹凸进行了强调的图像。为了参考而将专利文献1以及非专利文献1的公开内容全部引用到本说明书中。
下述的专利文献2公开了构成为能够取得与被拍摄对象有关的米勒矩阵(MuellerMatrix)的信息的内窥镜诊断装置。此外，米勒矩阵是记述光学元件对偏振状态产生的效果的4行4列的矩阵。在下述的非专利文献2中，着眼于直线偏振分量，研究了将矩阵要素的数量减少到3行3列的米勒矩阵向内窥镜诊断的应用的可能性。
另外，也提出了如下技术：向被拍摄对象照射非偏振光，基于来自被拍摄对象的反射光的偏振度来推定被拍摄对象的形状。下述的非专利文献3提出了如下方法：向透明物体照射非偏振光，根据反射光的偏振度求出透明物体的表面的法线方向，测定透明物体的表面形状。在下述的非专利文献4中，利用反射光的偏振度测定了磁器产品的表面形状。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2015-164518号公报
专利文献2：日本特开2012-045029号公报
非专利文献1：Katsuhiro Kanamori,"Image enhancement of surface micro-structure on mucosa for polarimetric endoscopy",Proc.of SPIE,2015,Vol.9318,93180O-1to 93180O-14
非专利文献2：Ji Qi,Menglong Ye,Mohan Singh,Neil T.Clancy,and DanielS.Elson,"Narrow band 3×3Mueller polarimetric endoscopy",Biomedical OpticsExpress,1November 2013,Vol.4,No.11,2433－2449
非专利文献3：宮崎大輔、池内克史、「偏光解析と幾何学的解析に基づく透明物体の表面形状計測」、画像の認識·理解シンポジウム(愛知、2002/7/30－2002/8/1開催)、論文集II、pp.263－268
非专利文献4：Gary A.Atkinson and Edwin R.Hancock,"Recovery of surfaceorientation from diffuse polarization",IEEE TRANSACTIONS ON IMAGE PROCESSING,JUNE,2006,VOL.15,NO.6,pp1653-1664
发明内容
提供一种新结构的图像形成装置。
本公开的一个技术方案涉及的图像形成装置，具备：照明装置，其包括分别出射具有30°的偏振方向的第1光的一个以上的第1光出射部、分别出射具有90°的偏振方向的第2光的一个以上的第2光出射部、以及分别出射具有150°的偏振方向的第3光的一个以上的第3光出射部，以所述第1光、所述第2光和所述第3光中的至少某一种光来对被拍摄对象进行照明；光束分离部，其从来自所述被拍摄对象的返回光中分离并出射具有0°的偏振方向的第1分量、具有60°的偏振方向的第2分量以及具有120°的偏振方向的第3分量；拍摄装置，其具有包括接受所述第1分量的第1区域、接受所述第2分量的第2区域以及接受所述第3分量的第3区域的拍摄面；以及图像形成电路，所述图像形成电路基于第1图像组、第2图像组以及第3图像组，生成所述被拍摄对象的图像，所述第1图像组是在以所述第1光、所述第2光和所述第3光中的所述第1光对所述被拍摄对象进行照明时针对所述第1分量、所述第2分量以及所述第3分量的各分量通过所述拍摄装置取得的图像组，所述第2图像组是在以所述第1光、所述第2光和所述第3光中的所述第2光对所述被拍摄对象进行照明时针对所述第1分量、所述第2分量以及所述第3分量的各分量通过所述拍摄装置取得的图像组，所述第3图像组是在以所述第1光、所述第2光和所述第3光中的所述第3光对所述被拍摄对象进行照明时针对所述第1分量、所述第2分量以及所述第3分量的各分量通过所述拍摄装置取得的图像组。
此外，总括性或具体的技术方案既可以通过系统、方法、集成电路、计算机程序或计算机可读取的记录介质来实现，也可以通过装置、系统、方法、集成电路、计算机程序和计算机可读取的记录介质的任意组合来实现。计算机可读取的记录介质例如包括CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory)等非易失性记录介质。
根据本公开，可提供新结构的图像形成装置。从本说明书及附图中可知晓本公开的一个技术方案的附加的益处及优点。该益处和/或优点可以单独地由本说明书及附图所公开的各种实施方式及特征而得到，无需为了获得一个以上益处和/或优点而实施所有的实施方式及特征。
附图说明
图1是表示本公开的第1实施方式的图像形成装置的例示性结构的图。
图2是表示从被拍摄对象侧观察到的多个光出射部122的配置的典型例的图。
图3是用于说明在第1模式下由拍摄装置140A取得的偏振图像的示意图。
图4是表示图像形成电路164的典型处理的概略的示意图。
图5是用于说明通过对偏振图像L30C0和L150C0进行合成而获得的效果的图。
图6是表示照明装置120A中的起偏镜126的透射轴的方向与检偏器146a～146c的透射轴的方向之间的关系的图。
图7是表示非专利文献2的内窥镜装置中的照明侧的起偏镜的透射轴的方向与拍摄侧的检偏器的透射轴的方向之间的关系来作为比较例的图。
图8是表示在具有0°的偏振方向的直线偏振光的照射之下拍摄了生物的眼球时得到的正交尼科尔图像的例子的图。
图9是表示取得图8所示的正交尼科尔图像时的光源、被拍摄对象以及摄像头的配置的示意图。
图10是用于说明因平均化正交尼科尔图像OA的形成而实现的消除十字状暗图案的影响的原理的示意图。
图11是用于说明第2模式下的照明装置120A的工作的示意图。
图12是示意性表示来自被拍摄对象的返回光的偏振状态与由拍摄装置140A取得的3张偏振图像之间的关系的图。
图13是表示图像形成装置100A中的检偏器146a、146b以及146c的透射轴的方向与基于根据这样的透射轴的方向的设定而取得的偏振图像所决定的正弦曲线之间的关系的图。
图14是表示专利文献2的内窥镜装置中的从偏振光照射部向被拍摄对象照射的光的偏振方向和向CCD摄像头入射的光的偏振方向的关系来作为比较例的图。
图15是表示本公开的第2实施方式的图像形成装置的例示性结构的图。
图16是表示从被拍摄对象200侧观察到的图像形成装置100B的照明装置120A以及拍摄装置140B的配置关系的典型例的图。
图17是用于说明偏振图像间的视差的消除处理的例子的图。
图18是表示本公开的第2实施方式的图像形成装置的变形例的图。
图19是局部性表示本公开的第3实施方式的图像形成装置的例示性结构的图。
图20是表示单位结构150CT、150UL、150UR、150LL以及150LR中的光出射部122a～122c的光源的驱动定时(timing)的例子的图。
图21是表示各单位结构中的光出射部122a～122c的光源的点亮定时的典型例的图。
图22是表示照明装置120C以及拍摄装置140C与被拍摄对象之间的配置的图。
图23是说明通过基于单位结构150CT的拍摄而获得的效果的图，是示意性表示第1模式下的照明光和返回光的关系的图。
图24是说明通过基于单位结构150CT的拍摄而获得的效果的图，图24是示意性表示第2模式下的照明光和返回光的关系的图。
图25是用于说明照明装置120C以及拍摄装置140C的工作的应用例的图。
图26是用于说明通过图25所例示的工作而获得的效果的图。
标号的说明
100A～100C、100Ba 图像形成装置
120A、120C 照明装置
122、122a～122c 光出射部
124、710 光源
126 起偏镜
140A～140C、140Ba 拍摄装置
142、142a～142c、142B 拍摄元件
144 微透镜阵列
144A 光束分离部
145、145a～145c 偏振摄像头
146a～146c 检偏器
148A、148a～148c、148s 物镜
149B 框体
160 控制电路
162 照明控制电路
164 图像形成电路
APa～APc 开口
具体实施方式
本公开的一个技术方案的概要如下。
[项目1]
一种图像形成装置，具备：照明装置，其包括分别出射具有30°的偏振方向的第1光的一个以上的第1光出射部、分别出射具有90°的偏振方向的第2光的一个以上的第2光出射部、以及分别出射具有150°的偏振方向的第3光的一个以上的第3光出射部，以第1光、第2光和第3光中的至少某一种光来对被拍摄对象进行照明；光束分离部，其从来自被拍摄对象的返回光中分离并出射具有0°的偏振方向的第1分量、具有60°的偏振方向的第2分量以及具有120°的偏振方向的第3分量；拍摄装置，其具有包括接受第1分量的第1区域、接受第2分量的第2区域以及接受第3分量的第3区域的拍摄面；以及图像形成电路，所述图像形成电路基于第1图像组、第2图像组以及第3图像组，生成被拍摄对象的图像，所述第1图像组是在以第1光、第2光和第3光中的第1光对被拍摄对象进行照明时针对第1分量、第2分量以及第3分量的各分量通过拍摄装置取得的图像组，所述第2图像组是在以第1光、第2光和第3光中的第2光对被拍摄对象进行照明时针对第1分量、第2分量以及第3分量的各分量通过拍摄装置取得的图像组，所述第3图像组是在以第1光、第2光和第3光中的第3光对被拍摄对象进行照明时针对第1分量、第2分量以及第3分量的各分量通过拍摄装置取得的图像组。
[项目2]
根据项目1所述的图像形成装置，光束分离部包括：棱镜；和透射轴的方向分别为0°、60°以及120°的第1检偏器、第2检偏器以及第3检偏器。
[项目3]
一种图像形成装置，具备：照明装置，其包括分别出射具有30°的偏振方向的第1光的一个以上的第1光出射部、分别出射具有90°的偏振方向的第2光的一个以上的第2光出射部、以及分别出射具有150°的偏振方向的第3光的一个以上的第3光出射部，以第1光、第2光和第3光中的至少某一种光来对被拍摄对象进行照明；拍摄装置，其包括设有第1开口、第2开口以及第3开口的框体和具有拍摄面的拍摄元件；一个以上的物镜，其位于被拍摄对象与拍摄面之间；透射轴的方向为0°的第1检偏器，其配置于第1开口的位置；透射轴的方向为60°的第2检偏器，其配置于第2开口的位置；透射轴的方向为120°的第3检偏器，其配置于第3开口的位置；以及图像形成电路，拍摄装置的拍摄面包括第1区域、第2区域和第3区域，所述第1区域是接受来自被拍摄对象的返回光中的通过了第1检偏器的第4光的区域，所述第2区域是接受来自被拍摄对象的返回光中的通过了第2检偏器的第5光的区域，所述第3区域是接受来自被拍摄对象的返回光中的通过了第3检偏器的第6光的区域，图像形成电路基于第1图像组、第2图像组以及第3图像组，生成被拍摄对象的图像，所述第1图像组是在以第1光、第2光和第3光中的第1光对被拍摄对象进行照明时针对第4光、第5光以及第6光的各光通过拍摄装置取得的图像组，所述第2图像组是在以第1光、第2光和第3光中的第2光对被拍摄对象进行照明时针对第4光、第5光以及第6光的各光通过拍摄装置取得的图像组，所述第3图像组是在以第1光、第2光和第3光中的第3光对被拍摄对象进行照明时针对第4光、第5光以及第6光的各光通过拍摄装置取得的图像组。
[项目4]
根据项目3所述的图像形成装置，一个以上的物镜包括：第1物镜，其位于连结被拍摄对象和第1区域的光路上；第2物镜，其位于连结被拍摄对象和第2区域的光路上；以及第3物镜，其位于连结被拍摄对象和第3区域的光路上。
[项目5]
根据项目3所述的图像形成装置，还具备位于一个以上的物镜与拍摄面之间的微透镜阵列，一个以上的物镜是接受通过了第1开口的光、通过了第2开口的光以及通过了第3开口的光的单一物镜。
[项目6]
根据项目1～5中任一项所述的图像形成装置，第1图像组包括两个第1偏振图像和一个第1正交尼科尔图像，第2图像组包括两个第2偏振图像和一个第2正交尼科尔图像，第3图像组包括两个第3偏振图像和一个第3正交尼科尔图像，图像形成电路形成基于两个第1偏振图像、两个第2偏振图像以及两个第3偏振图像的平均化模拟平行尼科尔图像和基于一个第1正交尼科尔图像、一个第2正交尼科尔图像以及一个第3正交尼科尔图像的平均化正交尼科尔图像，通过求出平均化模拟平行尼科尔图像与平均化正交尼科尔图像之间的差分来形成被拍摄对象的图像。
[项目7]
根据项目1～6中所述的图像形成装置，照明装置进一步以第1光、第2光以及第3光同时对被拍摄对象进行照明，拍摄装置在以第1光、第2光以及第3光对被拍摄对象进行照明时，针对入射至第1区域的光、入射至第2区域的光以及入射至第3区域的光的各光进行拍摄。
以下，参照附图来详细说明本公开的实施方式。此外，以下说明的实施方式都表示总括性或具体的例子。以下的实施方式中示出的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置以及连接形式、步骤、步骤的顺序等是一例，并非限定本公开的意思。在本说明书中说明的各种技术方案只要不产生矛盾就能够互相组合。另外，关于以下的实施方式中的构成要素中的未记载在表示最上位概念的独立权利要求中的构成要素，作为任意的构成要素来说明。在以下的说明中，具有实质相同的功能的构成要素用共通的参照标号来表示，有时省略说明。
(第1实施方式)
图1表示本公开的第1实施方式的图像形成装置的例示性结构。图1所示的图像形成装置100A大致上具有包括多个光出射部122的照明装置120A、光束分离部144A、拍摄装置140A和控制电路160。照明装置120A以直线偏振光或非偏振光来照射被拍摄对象，拍摄装置140A拍摄由直线偏振光或非偏振光照射的被拍摄对象。在图1所例示的结构中，控制电路160包括照明控制电路162以及图像形成电路164。
多个光出射部122分别包括光源124和配置在光源124的前面(前表面)的起偏镜126。从各光出射部122出射与起偏镜126的透射轴的方向相应的直线偏振光PL。作为光源124，例如可以使用白色发光二极管或红外线发光二极管等公知的发光元件，作为起偏镜126，可以使用市售的偏振片或金属线栅起偏镜等。
如后面详细说明的那样，多个光出射部122包括透射轴的方向彼此相差60°的三种起偏镜。照明装置120A通过使多个光源124中的配置在前面的起偏镜126的透射轴具有共同的方向的光源124选择性点亮，能够以偏振方向不同的直线偏振光依次照射被拍摄对象。另外，通过使多个光源124的例如全部光源点亮，能够以非偏振光照射被拍摄对象。在本说明书中，“偏振方向”意味着在沿着从被拍摄对象向图像形成装置的方向进行观察时从基准方向(例如水平方向)向电场矢量的振动方向按逆时针方向测出的角度中的小的角度。多个光出射部122可以基于照明控制电路162的控制来驱动。
拍摄装置140A具有物镜148A和拍摄元件142a、142b以及142c。作为拍摄元件142a～142c，可以使用CCD图像传感器、CMOS(Complementary MOS)图像传感器以及在半导体基板的上方层叠有有机或无机的光电转换层的所谓的层叠式图像传感器等。
在图1所例示的结构中，光束分离部144A配置在拍摄装置140A内部的、通过了物镜148A的光所入射的位置。典型而言，光束分离部144A包含一个以上的棱镜144p，从所入射的光(在此为来自被拍摄对象的反射光)的光束形成3个光束。在该例中，光束分离部144A在彼此相邻的两个棱镜之间具有反射面M1以及M2。如图1中示意性所示，所入射的光束的一部分，在反射面M1被反射，在棱镜与空气的界面进一步被反射而向拍摄元件142c出射。透过反射面M1而到达反射面M2的光束的一部分，在反射面M2被反射，在反射面M1进一步被反射而向拍摄元件142a出射。透过反射面M1的光束的其余部分直接透过反射面M2向拍摄元件142b出射。对于反射面M1，以使得所入射的光束的大约1/3的部分反射的方式设计反射率，对于反射面M2，以使得所入射的光束的大约一半反射的方式设计反射率。反射面M1以及M2例如也可以具有金属膜或电介质多层膜。
在此，光束分离部144A还具有位于连结被拍摄对象和拍摄元件142a的光路上的检偏器146a、位于连结被拍摄对象和拍摄元件142b的光路上的检偏器146b、以及位于连结被拍摄对象和拍摄元件142c的光路上的检偏器146c。对于检偏器146a、146b以及146c，与光出射部122的起偏镜126同样地，可以使用市售的偏振片或金属线栅起偏镜等。从光束分离部144A出射而向拍摄元件142a入射的第1光束是通过了检偏器146a的直线偏振光的束。同样地，从光束分离部144A出射而向拍摄元件142b入射的第2光束是通过了检偏器146b的直线偏振光的束，从光束分离部144A出射而向拍摄元件142c入射的第3光束是通过了检偏器146c的直线偏振光的束。
检偏器146a、146b以及146c具有彼此相差60°的透射轴的方向。检偏器146a、146b以及146c的透射轴的方向例如分别为0°、60°、120°。因此，在此，光束分离部144A从来自被拍摄对象的返回光中分离具有0°的偏振方向的第1分量、具有60°的偏振方向的第2分量以及具有120°的偏振方向的第3分量，并使之分别向拍摄元件142a、142b以及142c出射。
拍摄元件142a的拍摄面接受来自被拍摄对象的的返回光中的0°的偏振分量(第1分量)，拍摄元件142b以及142c分别接收来自被拍摄对象的返回光中的60°的偏振分量(第2分量)以及120°的偏振分量(第3分量)。也就是说，拍摄装置140A在来自照明装置120A的照明光(直线偏振光或非偏振光)之下，能够对被拍摄对象一次取得基于互不相同的偏振分量的3个图像(以下，有时将各图像称为“偏振图像”。)。在此，若将拍摄元件142a、142b以及142c的拍摄面的整体视为一个拍摄面，则拍摄装置140A的拍摄面可以说包括接受第1分量的第1区域Ra、接受第2分量的第2区域Rb以及接受第3分量的第3区域Rc。在该例中，第1区域Ra、第2区域Rb以及第3区域Rc分别是拍摄元件142a、142b以及142c的拍摄面。
如此，拍摄装置140A通过拍摄元件142a、拍摄元件142b以及拍摄元件142c，以一次拍摄分别取得与偏振方向为0°的光有关的偏振图像C0、与偏振方向为60°的光有关的偏振图像C60以及与偏振方向为120°的光有关的偏振图像C120。
图1中，示意性表示偏振图像C0、C60以及C120的矩形的内侧的粗双向箭头，示出了向拍摄元件入射的光的电场矢量的振动方向、即构成偏振图像的光的偏振方向。在此，由这些粗双向箭头表示的方向与对应的检偏器的透射轴的方向一致。以下，在本公开的其他附图中，也有时将构成偏振图像的光的偏振方向或检偏器的透射轴的方向由粗双向箭头来表示。
在本说明书中，对于检偏器的透射轴的方向，通过在朝向拍摄面观察时从基准方向(例如水平方向)向与检偏器的透射轴平行的方向按逆时针方向测出的角度中的小的角度来表现。此外，上述的0°、60°以及120°的角度并不意味着检偏器146a、146b以及146c的透射轴的绝对方向。在检偏器146a、146b和146c之间，透射轴的方向的相对关系具有一定的关系即可。另外，这些角度的值只不过是例示，表示检偏器的透射轴的方向的角度不需要与本说明书中示出的具体的值严格一致。例如允许数°左右的偏差。但是，偏差小的话，在光的利用效率方面有利。
在图1所例示的结构中，控制电路160包括控制照明装置120A的工作的照明控制电路162和基于来自拍摄装置140A的信号形成被拍摄对象的图像的图像形成电路164。控制电路160例如可以是具有CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)的微控制器等。照明控制电路162和图像形成电路164既可以是单个微控制器的一部分，也可以分别是独立的处理电路。例如，图像形成电路164也可以通过DSP(digital signal processor，数字信号处理器)、ASIC(application specific integrated circuit，应用型专用集成电路)或FPGA(field-programmable gate array，现场可编程门阵列)等来实现。控制电路160也可以具有一个以上的存储器。
图像形成装置100A例如构成为能够选择以直线偏振光照射被拍摄对象来执行拍摄的第1模式和以非偏振光照射被拍摄对象来执行拍摄的第2模式。如后面详细说明的那样，照明控制电路162在第1模式下，控制照明装置120A，以使多个光源124中的配置在前面的起偏镜126的透射轴具有共同的方向的光源124被选择性点亮。在第1模式下，偏振面的角度彼此相差60°的直线偏振光依次从照明装置120A照射到被拍摄对象。拍摄装置140A例如基于控制电路160的控制，与照明装置120A的直线偏振光的切换同步地，按偏振面不同的光的照射，执行拍摄。即，在第1模式下，改变照明光的偏振状态来执行3次拍摄。此时，在3次拍摄的各次拍摄中并行地取得3张偏振图像C0、C60以及C120。也就是说，在第1模式下总共取得9张偏振图像。图像形成电路164基于这些9张偏振图像形成被拍摄对象的图像。也可以将第1模式称为表面观察模式。
另一方面，在第2模式下，典型而言，照明控制电路162控制照明装置120A以使多个光源124全部点亮。如后所述，此时，实质上能够以非偏振光来照明被拍摄对象。在第2模式下，拍摄装置140A也取得3张偏振图像C0、C60以及C120。此时取得的偏振图像C0、C60以及C120的数据，能够利用于被拍摄对象的形状的推定。也可以将第2模式称为形状测定模式。对于第1模式和第2模式之间的切换，例如可以基于用户对未图示的输入设备(按钮、触摸屏等)的指示来执行。或者，也可以基于控制电路160按照存储器所保持的程序的指示进行的控制，自动地执行这些模式之间的切换。例如，可以在第1模式的执行后连续地自动执行第2模式。第1模式和第2模式的执行顺序也可以反过来。
根据本公开的典型的实施方式，可以在将照明光学系和拍摄光学系设为共用的同时，例如通过单一装置来切换执行对被拍摄对象的表面的细微凹凸的观察有利的直线偏振光的照射之下的偏振拍摄和会提供对被拍摄对象的形状的推定有用的信息的非偏振光的照射之下的偏振拍摄。
图2表示从被拍摄对象侧观察到的多个光出射部122的配置的典型例。在图2所示的例子中，照明装置120A的多个光出射部122包括多个光出射部122a、122b以及122c。典型而言，光出射部122a～122c配置在同一平面内，拍摄装置140A的物镜148A例如配置在配置有光出射部122a～122c的平面内。此外，多个光出射部122a所包含的向多个光出射部122a的外部出射光的多个第1面、多个光出射部122b所包含的向多个光出射部122b的外部出射光的多个第2面、以及多个光出射部122c所包含的向多个光出射部122c的外部出射光的多个第3面，也可以配置于相同的第1平面。另外，物镜148A的最前端面也可以是与第1平面相同的平面。
图2示出了沿着配置有光出射部122a～122c的平面的法线方向从被拍摄对象侧观察时的光出射部122a～122c的典型的配置。在该例中，多个光出射部122具有从被拍摄对象侧观察照明装置120A以及拍摄装置140A而包围拍摄装置140A这样的配置。多个光出射部122包围拍摄装置140A并不是必须的，但若多个光出射部122具有包围拍摄装置140A这样的配置，则有利于装置的小型化。另外，若多个光出射部122具有包围拍摄装置140A这样的配置，则可以实现接近于同轴照明的照明。
在该例中，照明装置120A具有各4个的光出射部122a、122b以及122c，如图2中虚线的双层圆所示，这些光出射部呈环状配置。在此，对于光出射部122a、122b以及122c的组，沿着以物镜148A的位置为中心的圆的圆周上，按逆时针排列有4组。在图2所例示的结构中，光出射部122a、122b以及122c各自的中心位于正十二边形的顶点上。
在本公开的典型的实施方式中，起偏镜126的透射轴的方向在光出射部122a、122b和122c之间彼此相差60°。光出射部122a中的起偏镜126的透射轴的方向例如为30°，光出射部122b以及光出射部122c中的起偏镜126的透射轴的方向例如分别为90°以及150°。与表示检偏器的透射轴的方向的角度同样地，表示起偏镜的透射轴的方向的角度也不需要与本说明书中示出的具体的值严格一致，例如可允许数°左右的偏差。在本说明书中，在从被拍摄对象向光源124观察时，通过从上述的基准方向向与起偏镜126的透射轴平行的方向按逆时针方向测出的角度中的小的角度来表现起偏镜126的透射轴的方向。图2中，在光出射部122a、122b以及122c的位置描画的圆的内侧的粗双向箭头，可以说表示向被拍摄对象照射的直线偏振光的偏振方向。在本公开的其他附图中，也有时将向被拍摄对象照射的直线偏振光的偏振方向由圆内侧的粗双向箭头来表示。
透射轴的方向在光出射部122a、122b和122c之间彼此相差60°这一点，可以说与检偏器146a、146b以及146c的透射轴的方向的关系共通的。但是，应注意在光出射部122a、122b以及122c的起偏镜126与检偏器146a、146b以及146c之间，透射轴的方向并不一致。例如，光出射部122a中的起偏镜126的透射轴的方向在此为30°，该角度的值与检偏器146a的透射轴的方向(0°)以及检偏器146b的透射轴的方向(60°)的值相差30°。
根据图2所例示那样的照明装置120A的结构，通过使多个光出射部122中的光出射部122b以及122c熄灭并使光出射部122a选择性点亮，能够以具有30°的偏振方向的直线偏振光照射被拍摄对象。如果使光出射部122b选择性点亮，则能够以具有90°的偏振方向的直线偏振光照射被拍摄对象，如果使光出射部122c选择性点亮，则能够以具有150°的偏振方向的直线偏振光照射被拍摄对象。或者，通过使光出射部122a、122b以及122c一起点亮，能够以非偏振光照射被拍摄对象。如上所述，在此，因为在光出射部122a、122b和122c之间起偏镜126的透射轴的方向彼此相差60°，所以能够使来自光出射部122a、122b以及122c的直线偏振光均匀混合，实质上能够得到非偏振光。
在图2所示的例子中，例如4个光出射部122a具有各自的中心位于某个圆的圆周上这样的配置，并且，4个光出射部122a各自的中心位于正方形的顶点上。换言之，若对4个光出射部122a的位置进行连结，则会画出正方形。4个光出射部122b也同样，各自的中心位于以物镜148A的位置为中心的正方形的顶点上，4个光出射部122c的中心也位于以物镜148A的位置为中心的正方形的顶点上。如此，通过采用使得对要出射的光的具有共同的偏振方向的多个光出射部的各光出射部进行连结而得到的图形的重心例如与拍摄装置的物镜的位置一致的光出射部的配置，可以以直线偏振光均匀地照明被拍摄对象。另外，若在出射具有互不相同的偏振方向的光的光出射部之间，对具有共同的偏振方向的多个光出射部的各光出射部进行连结而得到的图形的重心一致，则可以以非偏振光均匀地照明被拍摄对象，因此更为有益。
(图像形成装置的工作，第1模式)
以下，说明图像形成装置100A的工作的例子。以下，作为被拍摄对象，例示具有透明或半透明且光滑的表面的物体。这样的物体的例子是生物体(例如人或动物)的眼球、药片的透明包装等，在此，设想人的眼球来作为被拍摄对象。
首先，说明第1模式下的典型的工作。
如上所述，在第1模式下，照明控制电路162(参照图1)控制照明装置120A，以使多个光源124中的配置在前面的起偏镜126的透射轴具有共同的方向的光源124选择性点亮。在此，使光出射部122a的光源124、光出射部122b的光源124以及光出射部122c的光源124依次选择性点亮。通过这样的驱动，被拍摄对象被具有30°的偏振方向的第1直线偏振光、具有90°的偏振方向的第2直线偏振光以及具有150°的偏振方向的第3直线偏振光依次照明。
图3是用于说明在第1模式下由拍摄装置140A取得的偏振图像的示意图。在图3中，例如在左侧示意性示出了向拍摄装置140A的拍摄元件142a、142b以及142c入射的光的偏振方向与在照射第1直线偏振光时拍摄装置140A所取得的3张偏振图像之间的对应。以下，在本说明书以及附图中，将偏振方向为x°的、向被拍摄对象照射的直线偏振光表现成Lx，将在以Lx的照明光对被拍摄对象进行照明时所取得的、基于电场矢量的振动方向为y°的光的图像表现为LxCy。例如，将在以偏振方向为30°的直线偏振光对被拍摄对象进行照明时所取得的、基于处于偏振方向为0°的状态的光的偏振图像记述成L30C0。
在光出射部122a的光源124被选择性点亮时，具有30°的偏振方向的第1直线偏振光被照射到被拍摄对象(在此为人的眼球)。此外，人的眼球具有透明且光滑的表面的角膜，来自光出射部122a的照明光在眼球的表面及其附近被反射，偏振状态几乎不会发生变化。来自被拍摄对象的返回光的光束通过光束分离部144A分割为3个光束，拍摄元件142a、拍摄元件142b以及拍摄元件142c分别接受通过了检偏器146a、146b以及146c的光。例如在拍摄元件142a入射处于在0°的方向上偏振的状态的光。
在照射具有30°的偏振方向的照明光L30时，如图3中左侧示意性所示，拍摄装置140A通过拍摄元件142a、拍摄元件142b以及拍摄元件142c分别拍摄偏振图像L30C0、L30C60以及L30C120。这些偏振图像中的偏振图像L30C120是向被拍摄对象照射的光的偏振方向与向拍摄元件入射的光的偏振方向互相正交的正交尼科尔图像。
接着，照明控制电路162使光出射部122b的光源124选择性点亮。在图3的中央，示意性示出了拍摄装置140A此时取得的3张偏振图像的组。在光出射部122b的光源124被选择性点亮时，具有90°的偏振方向的第2直线偏振光被照射到被拍摄对象。此时，拍摄装置140A拍摄偏振图像L90C0、L90C60以及L90C120。这些偏振图像中的偏振图像L90C0是正交尼科尔图像。
进而，照明控制电路162使光出射部122c的光源124选择性点亮。如图3的右侧示意性所示，在光出射部122c的光源124被选择性点亮时，具有150°的偏振方向的第3直线偏振光被照射到被拍摄对象。此时，拍摄装置140A拍摄偏振图像L150C0、L150C60以及L150C120。这些偏振图像中的偏振图像L150C160是正交尼科尔图像。从图3可知，偏振图像L30C0、L90C0以及L150C0都是由向拍摄装置140A的第1区域Ra入射的光的信号构成的图像，偏振图像L30C60、L90C60以及L150C60都是由向拍摄装置140A的第2区域Rb入射的光的信号构成的图像。偏振图像L30C120、L90C120以及L150C120都是由向拍摄装置140A的第3区域Rc入射的光的信号构成的图像。
图像形成电路164(参照图1)基于改变照明光的偏振状态而取得的总共9张偏振图像，生成被拍摄对象的图像。以下，说明由图像形成电路164进行的处理的例子。
图4表示图像形成电路164的典型处理的概略。在此说明的例子中，大致来说，图像形成电路164生成作为平均化后的平行尼科尔图像与平均化后的正交尼科尔图像的差分处理的结果的偏振差分图像的数据来作为被拍摄对象的图像。如非专利文献1所记载的那样，通过对被拍摄对象取得平行尼科尔图像和正交尼科尔图像、并求出该平行尼科尔图像和正交尼科尔图像的差分，由此获得对因被拍摄对象的表面的细微凹凸引起的对比度进行了强调的图像数据。基于平行尼科尔图像和正交尼科尔图像的差分，能够获得与被拍摄对象上的损伤、异物等有关的有用信息。
在非专利文献1以及专利文献1所记载的技术中，在具有0°的偏振方向的照明光和具有90°的偏振方向的照明光各自的照射之下取得平行尼科尔图像和正交尼科尔图像。进而，对在偏振方向互不相同的照明光之下取得的平行尼科尔图像和正交尼科尔图像分别进行平均化，求出它们的差分。如果使用本说明书中的偏振图像的表述，则该处理可表现为(L0C0+L90C90)/2-(L0C90+L90C0)/2。采用这样的处理的理由是因为：若在平行尼科尔图像和正交尼科尔图像各自的取得中例如使用不同的拍摄元件和检偏器的组并简单地对这些图像进行差分处理，则有时会由于图像取得所使用的拍摄光学系的特性的差异而导致在差分处理的结果中包含比较大的噪声。
如参照图3说明的那样，在第1直线偏振光的照射之下获得的3张偏振图像、在第2直线偏振光的照射之下获得的3张偏振图像、以及在第3直线偏振光的照射之下获得的3张偏振图像的各个3张偏振图像中，一定包含一张正交尼科尔图像。因此，在此，如图4中示意性所示，通过对在各直线偏振光的照射之下获得的正交尼科尔图像L30C120、L90C0和L150C60进行平均化，形成平均化正交尼科尔图像OA。在此，“平均化”意味着算出在多个图像之间对应的像素之间的像素值的算术平均。因此，可以将平均化正交尼科尔图像OA表现成(L30C120+L90C0+L150C60)/3。
另一方面，在改变偏振方向而获得的总共9张偏振图像中不包含平行尼科尔图像。因此，在此，从平行尼科尔图像以外的6张偏振图像中选择各2张偏振图像，形成3张模拟的平行尼科尔图像。例如，当着眼于偏振图像L30C0以及L150C0时，在取得这些偏振图像时向被拍摄对象照射的直线偏振光的偏振方向，如图5中示意性所示，是相对于检偏器146a的透射轴的方向即0°偏离了±30°的角度。因此，对偏振图像L30C0和L150C0进行了平均化的图像PC0(参照图4)，可以视为以模拟方式表现在以偏振方向为0°的直线偏振光照射被拍摄对象时获得的平行尼科尔图像的图像。同样地，对偏振图像L30C60和L90C60进行了平均化的图像PC60(参照图4)，可以说是以模拟的方式表现在偏振方向为60°的直线偏振光之下获得的平行尼科尔图像，对偏振图像L90C120和L150C120进行了平均化的图像PC120(参照图4)，可以说是以模拟方式表现在偏振方向为120°的直线偏振光的照射之下获得的平行尼科尔图像。
图像PC0、图像PC60和图像PC120的平均化，可以说提供了与对在偏振方向为0°、60°和120°的直线偏振光之下分别获得的平行尼科尔图像进行了平均化的结果同样的结果。但是，例如，当着眼于图像PC0时，对于偏振图像L30C0和L150C0而言，向被拍摄对象照射的直线偏振光的偏振方向相对于检偏器146a的透射轴的方向向正或负偏离了30°，因此向拍摄元件142a入射的光的强度成为直线偏振光的偏振方向与检偏器146a的透射轴的方向一致的情况下的强度的cos230°倍。考虑到这一点，如图4中示意性所示，在此，图像形成电路164通过形成对正交尼科尔图像以外的6张偏振图像进行了平均化的图像PA，并乘以修正系数(1/cos230°)＝(4/3)，由此形成平均化模拟平行尼科尔图像SPA。此外，如果使用LxCy的表述，则可以将平均化模拟平行尼科尔图像SPA表现为(2/3)*(L30C0+L150C0+L30C60+L90C60+L90C120+L150C120)/3。此外，“*”表示乘法运算。
图像形成电路164进一步形成通过对平均化模拟平行尼科尔图像SPA和平均化正交尼科尔图像OA进行差分处理而得到的图像PD来作为被拍摄对象的图像。图像PD如下述的式(1)这样来表现。
如果将式(1)进行变形，则得到下述的式(2)。
在式(2)中，中括号内的例如第1项相当于基于透过了透射轴的方向为0°的检偏器的光的平行尼科尔图像与正交尼科尔图像的差分。从式(2)可知，最终得到的图像PD会表现与对基于透过了透射轴的方向为0°的检偏器的光的平行尼科尔图像与正交尼科尔图像的差分、基于透过了透射轴的方向为60°的检偏器的光的平行尼科尔图像与正交尼科尔图像的差分、和基于透过了透射轴的方向为120°的检偏器的光的平行尼科尔图像与正交尼科尔图像的差分进行了平均化的结果实质上等效的结果。即，图像PD会提供与在通过检偏器146a和拍摄元件142a的组、检偏器146b和拍摄元件142b的组、以及检偏器146c和拍摄元件142c的组分别取得平行尼科尔图像和正交尼科尔图像、按这些组求出平行尼科尔图像与正交尼科尔图像的差分，并对3个差分进行了平均化时同样的结果。
根据基于平均化模拟平行尼科尔图像SPA与平均化正交尼科尔图像OA的差分求出图像PD的上述处理，在处理的过程中，光束分离部144A中的光路的差异、拍摄元件142a～142c间的特性的差异等的影响被平均化。因此，可以抑制因这些差异引起的画质的劣化。另外，式(2)中，关于向被拍摄对象照射的直线偏振光的偏振方向，也形成对称的形状，因此，根据上述的处理可知：光出射部122a～122c之间的光源124的特性也被平均化，可获得高质量的被拍摄对象图像。
图6表示照明装置120A中的起偏镜126的透射轴的方向与检偏器146a～146c的透射轴的方向之间的关系。图6中的白圈“○”和黑圈(黑点)“●”分别表示起偏镜126的透射轴的方向和检偏器146a～146c的透射轴的方向。如图6所示，照明装置120A所包含的起偏镜126的透射轴的方向为30°、90°以及150°，间隔60°，在0°～180°的范围内均等地分布。检偏器146a的透射轴的方向、检偏器146b的透射轴的方向以及检偏器146c的透射轴的方向分别为0°、60°以及120°，间隔60°，它们也在0°～180°的范围内均等地分布。另外，对于彼此相邻的白圈和黑圈的组的间隔，无论哪个组都为30°。
第1模式下的关于向第1区域Ra入射的光、向第2区域Rb入射的光和向第3区域Rc入射的光的各个光的偏振方向、与照明被拍摄对象的直线偏振光的偏振方向之间的关系，也具有与图6的图中的3个白圈和3个黑圈的组合同样的关系。如图6所示，在本公开的典型的实施方式中，以使得3个白圈和3个黑圈呈现均等分布的方式，选择例如起偏镜以及检偏器的透射轴的方向。当如图6的例子所示那样3个白圈和3个黑圈在180°的范围内均等地分布时，能够在9张偏振图像之间均衡地利用与照明光有关的3种偏振方向和与向拍摄面入射的光有关的3种偏振方向，因此是有益的。作为结果，在平均化模拟平行尼科尔图像SPA以及平均化正交尼科尔图像OA的形成中，可获得与照明光以及向拍摄面入射的光有关的偏振方向的均等化的效果。
图7表示上述的非专利文献2的内窥镜装置中的、照明侧的起偏镜和拍摄侧的检偏器的透射轴的方向的关系来作为比较例。图7中的白圈“○”和黑圈“●”分别表示照明侧的起偏镜的透射轴的方向和拍摄侧的检偏器的透射轴的方向。
在该例中，针对3个白圈的各白圈，在离开90°的位置，存在对应的黑圈。也就是说，根据这样的透射轴的方向的选择，能够获得3个正交尼科尔图像。另外，因为在0°和90°的位置存在白圈和黑圈的组，所以能够获得照明光的偏振方向为0°以及90°的平行尼科尔图像。然而，因为无法获得照明光的偏振方向为135°的平行尼科尔图像，所以无法直接适用上述那样的平均化模拟平行尼科尔图像SPA和平均化正交尼科尔图像OA的差分。另外，在该例中，虽然彼此相邻的两个白圈的间隔为45°，但在135°的位置不存在白圈，起偏镜的透射轴的方向在180°的范围内分布不均。关于拍摄侧的检偏器，彼此相邻的两个黑圈的间隔为90°或45°，并非等间隔。因此，即使另外生成与照明光的偏振方向为45°的平行尼科尔图像相当的图像并适用了平均化模拟平行尼科尔图像SPA和平均化正交尼科尔图像OA的差分处理，也无法充分获得平均化的效果。此外，通过这样的起偏镜的透射轴的方向的选择，即使混合了偏振方向互不相同的3种偏振光，也难以获得非偏振光。
根据参照图4说明的求出平均化模拟平行尼科尔图像SPA和平均化正交尼科尔图像OA的差分的处理，进而，也可以获得以下这样的优点。
图8表示在具有0°的偏振方向的直线偏振光的照射之下拍摄了生物的眼球时所获得的正交尼科尔图像的例子。图9表示图8所示的正交尼科尔图像的取得时的光源、被拍摄对象以及摄像头的配置。在此，选择鱼的眼球来作为被拍摄对象701，如图9中示意性所示，在与连结被拍摄对象701和摄像头704的直线接近同轴状态的5°的方向上配置光源710来进行拍摄。在光源710与被拍摄对象701之间配置有透射轴的方向为0°的起偏镜。在被拍摄对象701与摄像头704之间配置有透射轴的方向为90°的检偏器。在该例中，向被拍摄对象701照射的光具有0°的偏振方向。
当将生物的眼球作为被拍摄对象来取得正交尼科尔图像时，如图8所示，有时在图像中会出现十字状的暗图案705。从图8可知，暗图案705在瞳孔的位置产生。这样的暗图案705的产生被认为是因眼球的角膜以及晶状体的双折射特性引起的现象。这样的暗图案705的产生可能会成为使被拍摄对象的图像劣化的原因。另外，在图8所示的例子中，该暗图案705具有在0°的方向上延伸的部分和在90°方向上延伸的部分。也就是说，可知产生了与要入射的直线偏振光的偏振方向及其正交方向平行的暗的部分。因此，可推测为照明光的电场矢量的振动方向的各向异性对暗图案705的产生造成影响。
如此，在将生物的眼球设为被拍摄对象的情况下，对于简单取得的正交尼科尔图像，由于在图像中掺有暗图案705，因此有可能会对于被拍摄对象得不到准确的信息。如以下的说明，根据形成图像PD作为被拍摄对象的图像的处理，可以消除这样的暗图案的影响。
图10示意性表示因平均化正交尼科尔图像OA的形成而实现的消除十字状暗图案的影响的原理。如参照图3进行的说明那样，在本公开的典型的实施方式中，按每个照明光的偏振方向，可取得一张正交尼科尔图像。如图10中示意性所示，这些正交尼科尔图像(在此为偏振图像L90C0、L150C60以及L30C120)可能包含十字状的暗图案705。但是，在这些多个图像之间，十字状的暗图案705中的暗的部分延伸的方向互不相同。例如，出现在偏振图像L90C0中的暗的部分沿着0°以及90°的方向延伸，出现在偏振图像L150C60中的暗的部分沿着60°以及150°的方向延伸。也就是说，与照明光的偏振方向相差60°这一情况对应地，暗的部分延伸的方向在偏振图像L90C0和L150C120之间相差60°。
如图10中示意性所示，平均化正交尼科尔图像OA能够通过对偏振图像L90C0、L150C60以及L30C120进行合成来构建。在此，因为在不同的偏振图像之间暗的部分延伸的方向相差60°，所以各偏振图像中的暗图案705在空间上被平均化。在此，因为在3个偏振图像之间照明光的偏振方向彼此相差60°，所以各偏振图像中的暗图案705被均等地平均化，作为结果，可形成消除了暗图案705的影响的平均化正交尼科尔图像OA。即，作为被拍摄对象的图像的图像PD成为消除了暗图案705的影响的图像。
此外，也可以假定基准平面、向绕基准平面所包含的基准直线向第1方向旋转30度后的第2平面、向绕基准直线向第1方向旋转90度后的第4平面、以及向绕基准直线向第1方向旋转150度后的第6平面。
多个光出射部122a各自也可以包含第1起偏镜，该第1起偏镜透射在与第2平面平行的第1平面上振动的光而不透射在与第2平面不平行的平面上振动的光。多个光出射部122a也可以在第1期间向被拍摄对象照射在多个第1平面上振动的第1光。多个光出射部122b各自也可以包含第2起偏镜，该第2起偏镜透射在与第4平面平行的第3平面上振动的光而不透射在与第3平面不平行的平面上振动的光。多个光出射部122b也可以在第2期间向被拍摄对象照射在多个第3平面上振动的第2光。多个光出射部122c各自也可以包含第3起偏镜，该第3起偏镜透射在与第6平面平行的第5平面上振动的光而不透射在与第5平面不平行的平面上振动的光。多个光出射部122c也可以在第3期间向被拍摄对象照射在多个第5平面上振动的第3光。也可以是，第1期间与第2期间不重叠，并且，第1期间与第3期间不重叠，并且，第2期间与第3期间不重叠。
光束分离器也可以接受由被拍摄对象反射第1光而输出的第1反射光，输出第1偏向光、第2偏向光、第3偏向光，接受由被拍摄对象反射第2光而输出的第2反射光，输出第4偏向光、第5偏向光、第6偏向光，接受由被拍摄对象反射第3光而输出的第3反射光，输出第7偏向光、第8偏向光、第9偏向光。作为光束分离部144A的光束分离器也可以具备作为检偏器146a的第1检偏器、作为检偏器146b的第2检偏器、作为检偏器146c的第3检偏器。光束分离器也可以将所接受的第1反射光分离来生成第1分离光、第2分离光、第3分离光。第1检偏器也可以接受第1分离光并输出第1偏向光。第2检偏器也可以接受第2分离光并输出第2偏向光。第3检偏器也可以接受第3分离光并输出第3偏向光。光束分离器也可以将所接受的第2反射光分离来生成第4分离光、第5分离光、第6分离光。第1检偏器也可以接受第4分离光并输出第4偏向光。第2检偏器也可以接受第5分离光并输出第5偏向光。第3检偏器也可以接受第6分离光并输出第6偏向光。光束分离器也可以将所接受的第3反射光分离来生成第7分离光、第8分离光、第9分离光。第1检偏器也可以接受第7分离光并输出第7偏向光。第8检偏器也可以接受第8分离光并输出第8偏向光。第9检偏器也可以接受第9分离光并输出第9偏向光。
也可以是，第1偏向光、第4偏向光、第7偏向光的各偏向光在与基准平面平行的第7平面上振动，第2偏向光、第5偏向光、第8偏向光的各偏向光在与使基准平面绕基准平面所包含的基准直线向第1方向旋转60度后的第9平面平行的第8平面上振动，第3偏向光、第6偏向光、第9偏向光的各偏向光在与使基准平面绕基准直线向第1方向旋转120度后的第11平面平行的第10平面上振动。
此外，也可以是，拍摄元件142a包含多个第1像素，拍摄元件142b包含多个第2像素，拍摄元件142c包含多个第3像素。也可以是，多个第1像素与多个第2像素一一对应，多个第1像素与多个第3像素一一对应。
多个第1像素也可以接受第1偏向光，输出包含与多个第1像素分别对应的多个第1像素值的偏振图像L30C0。多个第2像素也可以接受第2偏向光，输出包含与多个第2像素分别对应的多个第2像素值的偏振图像L30C60。多个第3像素也可以接受第3偏向光，输出包含与多个第3像素分别对应的多个第3像素值的偏振图像L30C120。多个第1像素也可以接受第4偏向光，输出包含与多个第1像素分别对应的多个第4像素值的偏振图像L90C0。多个第2像素也可以接受第5偏向光，输出包含与多个第2像素分别对应的多个第5像素值的偏振图像L90C60。多个第3像素也可以接受第6偏向光，输出包含与多个第3像素分别对应的多个第6像素值的偏振图像L90C120。多个第1像素也可以接受第7偏向光，输出包含与多个第1像素分别对应的多个第7像素值的偏振图像L150C0。多个第2像素也可以接受第8偏向光，输出包含与多个第2像素分别对应的多个第8像素值的偏振图像L150C60。多个第3像素也可以接受第9偏向光，输出包含与多个第3像素分别对应的多个第9像素值的偏振图像L150C120。
图像形成电路也可以算出像素值p(i)＝(p1(i)+p2(i)+p5(i)+p6(i)+p7(i)+p9(i))×(2/9)-(p3(i)+p4(i)+p8(i))/3，基于算出的像素值来生成被拍摄对象的图像。也可以是，p1(i)包含在多个第1像素值中，p2(i)包含在多个第2像素值中，p3(i)包含在多个第3像素值中，p4(i)包含在多个第4像素值中，p5(i)包含在多个第5像素值中，p6(i)包含在多个第6像素值中，p7(i)包含在多个第7像素值中，p8(i)包含在多个第8像素值中，p9(i)包含在多个第9像素值中。p1(i)也可以与p2(i)、p3(i)、p4(i)、p5(i)、p6(i)、p7(i)、p8(i)、p9(i)对应，所述i为自然数。
被拍摄对象的图像中的与像素值p(i)对应的像素的位置也可以是，偏振图像L30C0所包含的像素的位置中的与p1(i)对应的像素的位置、或者、偏振图像L30C60所包含的像素的位置中的与p2(i)对应的像素的位置、或者、偏振图像L30C120所包含的像素的位置中的与p3(i)对应的像素的位置、或者、偏振图像L90C0所包含的像素的位置中的与p4(i)对应的像素的位置、或者、偏振图像L90C60所包含的像素的位置中的与p5(i)对应的像素的位置、或者、偏振图像L90C120所包含的像素的位置中的与p6(i)对应的像素的位置、或者、偏振图像L150C0所包含的像素的位置中的与p7(i)对应的像素的位置、或者、偏振图像L150C60所包含的像素的位置中的与p8(i)对应的像素的位置、或者、偏振图像L150C120所包含的像素的位置中的与p9(i)对应的像素的位置。
(图像形成装置的工作，第2模式)
接着，说明第2模式下的典型的工作。
第2模式是对具有透明或半透明且光滑的表面的物体的形状的推定有用的模式，在第2模式下，向被拍摄对象照射非偏振光，取得基于来自被拍摄对象的返回光的图像数据。向被拍摄对象照射非偏振光并基于来自被拍摄对象的返回光的偏振状态推定被拍摄对象的形状的技术，被称为Shape From Polarization(由偏振定形状)。如非专利文献4中说明的那样，在Shape From Polarization中，通常，在对被拍摄对象大范围地照射非偏振光的状态下使摄像头侧的检偏器旋转，取得检偏器的透射轴的方向互不相同的至少3张图像。如以下要说明的这样，根据本公开的实施方式，能够提供不另行设置照明光学系以及拍摄光学系就能够取得Shape From Polarization所需的图像数据的图像形成装置。
图11是用于说明第2模式下的照明装置120A的工作的示意图。在第2模式下，照明控制电路162(参照图1)使光出射部122a、光出射部122b以及光出射部122c的光源124同时点亮。也就是说，照明装置120A以具有30°的偏振方向的光、具有90°的偏振方向的光以及具有150°的偏振方向的光同时照明被拍摄对象。此时，如图11中示意性所示，来自光出射部122a、122b以及122c的直线偏振光被混合，实质上非偏振光的照明光NP被照射到被拍摄对象。
图12示意性表示来自被拍摄对象的返回光的偏振状态与由拍摄装置140A取得的3张偏振图像之间的关系。如图12中示意性所示，来自被拍摄对象的返回光成为局部偏振光。在从照明装置120A照射照明光NP时，拍摄装置140A的拍摄元件142a取得基于来自被拍摄对象的返回光中的偏振方向为0°的光的偏振图像NC0。拍摄元件142b以及142c分别取得基于来自被拍摄对象的返回光中的偏振方向为60°的光的偏振图像NC60以及基于来自被拍摄对象的返回光中的偏振方向为120°的光的偏振图像NC120。
如此，根据图像形成装置100A，不对照明光学系以及拍摄光学系的结构添加变更而通过根据所选择的模式来切换要点亮的光源，就能够取得可利用于Shape FromPolarization的3张偏振图像NC0、NC60以及NC120的数据。而且，能够以一次拍摄来取得这些3张偏振图像，与改变检偏器的角度来执行至少3次拍摄的现有方法相比，能够缩短拍摄所需的时间。
如果能够取得偏振图像NC0、NC60以及NC120，则通过适用非专利文献3或非专利文献4所记载的方法，能够基于偏振图像NC0、NC60以及NC120来推定被拍摄对象的形状。例如非专利文献4所记载的那样，当一边使检偏器旋转一边进行拍摄时，透过了检偏器的光的强度(也可以称为所获得的图像中的像素的辉度值。)呈现180°周期的正弦函数状的变化。通过改变检偏器的角度对被拍摄对象取得至少3张图像，能够决定表示透过了检偏器的光的强度的正弦曲线。该正弦曲线是相位角以及检偏器的旋转角θp的函数，如果该正弦曲线能够确定，则能够根据相位角确定在被拍摄对象的表面立起的法线向量的方位角。另外，能够基于该正弦曲线来求出偏振度ρ，能够根据偏振度ρ来决定法线向量的天顶角。此外，相位角是基准方向与电场矢量的振幅最大的返回光的偏振分量的电场矢量的振动方向所成的角，在时，表示正弦曲线的函数取最大值。为了参考而将非专利文献3以及非专利文献4的公开内容全部引用到本说明书中。
图13表示图像形成装置100A中的检偏器146a、146b以及146c的透射轴的方向与基于在这样的透射轴的方向的设定之下所取得的偏振图像而确定的正弦曲线之间的关系。图13中的黑圈“●”表示检偏器146a～146c的透射轴的方向。图13中的曲线(graph)是基于偏振图像NC0、NC60以及NC120确定的正弦曲线，表示在改变检偏器的角度进行了拍摄的情况下得到的图像中的像素的辉度值的变化。
在本公开的典型的实施方式中，在一次拍摄中，可取得与偏振方向彼此相差60°的光的各光有关的偏振图像。如参照图6所说明的那样，表示检偏器146a～146c的透射轴的方向的黑圈，在180°的范围内以间隔60°的方式均等地分布。因此，如果利用在第2模式下取得的3张偏振图像，则可以期待：与例如如非专利文献4那样使检偏器为0°、45°以及90°以间隔45°的方式旋转并执行了拍摄的情况相比，能够高精度地确定正弦曲线。根据同样的理由，本公开的典型的实施方式可以说相对于使拍摄侧的检偏器的透射轴的方向为0°、90°以及135°(-45°)来执行拍摄的非专利文献2(参照图7)的结构也具有优越性。另外，从图6可知，在本公开的典型的实施方式中，因为可选择起偏镜126的透射轴的方向以使得在180°的范围内均等分布，所以可以高精度地确定正弦曲线的振幅、平均以及相位这3个参数。
图14表示上述的专利文献2的内窥镜装置中的、从偏振光照射部向被拍摄对象照射的光的偏振方向和向CCD摄像头入射的光的偏振方向的关系来作为比较例。图14中的白圈“○”和黑圈“●”分别表示从偏振光照射部照射的光的偏振方向和向CCD摄像头入射的光的偏振方向。在该例中，4个白圈及黑圈位于0°、45°、90°以及135°(-45°)。
在图14所示的比较例中，4个白圈以及4个黑圈以间隔45°的方式排列。对于在180°的范围内使偏振方向均等地分布这一点，虽然图14所示的偏振方向的选择有效，但若想要为了Shape From Polarization的适用而一并取得与偏振方向彼此相差45°的光的各光有关的4张偏振图像，则会需要例如偏振马赛克过滤器，会产生要使用复杂的光学系统的需要。
根据本公开的典型的实施方式，因为以一次拍摄获得3张偏振图像，所以可以缩短被拍摄对象的形状的推定所需的拍摄所花费的时间。另外，因为与向拍摄面入射的光有关的3种偏振方向均等地设定在180°的范围内，所以可以高效地执行被拍摄对象的形状的推定所需的计算。上述的照明控制电路162以及图像形成电路164的功能既可以通过通用的处理电路与软件的组合来实现，也可以通过专用于这样的处理的硬件来实现。上述的第1模式以及第2模式既可以依次连续地执行，也可以例如在对同一被拍摄对象执行了基于第1模式的拍摄之后，隔开时间地执行基于第2模式的拍摄。此外，可以任意决定先执行哪个模式。也可以在第1模式和第2模式的一方或两方中反复进行改变照明光的偏振面之后的拍摄。
(第2实施方式)
图15表示本公开的第2实施方式的图像形成装置的例示性结构。图15所示的图像形成装置100B与参照图1说明的图像形成装置100A相比，取代拍摄装置140A而具有拍摄装置140B。与第1实施方式同样地，照明装置120A以直线偏振光或非偏振光来照明被拍摄对象200，拍摄装置140B对处于被来自照明装置120A的光(直线偏振光或非偏振光)照明的状态的被拍摄对象200进行拍摄。
拍摄装置140B包括具有拍摄面142s的拍摄元件142B和容纳拍摄元件142B的框体149B。拍摄元件142B的拍摄面142s包括第1区域Ra、第2区域Rb以及第3区域Rc。第1区域Ra、第2区域Rb以及第3区域Rc分别是拍摄面142s的互不相同的区域。
框体149B具有多个开口。在该例中，在框体149B设置有3个开口APa、APb以及APc。开口APa、APb以及APc形成于在拍摄时与被拍摄对象200相对向的面。在开口APa、APb以及APc的位置分别配置检偏器146a、146b以及146c。检偏器146a、146b以及146c的位置在连结被拍摄对象200和拍摄元件142B的光路上不需要与开口APa、APb以及APc的位置严格一致，例如，检偏器146a、146b以及146c也可以分别位于开口APa、APb以及APc的附近且框体149B的内部。与第1实施方式同样地，检偏器146a、146b以及146c的透射轴的方向分别为0°、60°以及120°。
在图15所例示的结构中，在检偏器146a与拍摄元件142B之间配置有物镜148a。另外，在检偏器146b与拍摄元件142B之间以及检偏器146c(在图15中未图示)与拍摄元件142B之间，分别配置有物镜148b以及148c。在该例中，物镜148a相比于检偏器146a配置在靠近拍摄元件142B的位置。然而，检偏器146a以及物镜148a的配置并不限定于该例。物镜148a位于连结被拍摄对象200和第1区域Ra的光路上即可，例如，也可以是检偏器146a相比于物镜148a位于靠近拍摄元件142B的位置。关于物镜148b以及148c也同样，物镜148b以及148c分别位于连结被拍摄对象200和第2区域Rb的光路上以及连结被拍摄对象200和第3区域Rc的光路上即可。
物镜148a使来自被拍摄对象200的返回光(反射光)中的通过了检偏器146a的光成像在拍摄面142s的第1区域Ra上。同样地，物镜148b使来自被拍摄对象200的返回光中的通过了检偏器146b的光成像在拍摄面142s的第2区域Rb上，物镜148c使通过了检偏器146c的光成像在拍摄面142s的第3区域Rc上。拍摄面142s的第1区域Ra、第2区域Rb以及第3区域Rc分别可以说接受来自被拍摄对象200的返回光所包含的具有0°的偏振方向的分量、具有60°的偏振方向的分量以及具有120°的偏振方向的分量的部分。在图15所例示的结构中，开口APa～APc、检偏器146a～146c以及物镜148a～148c可以具有与图1所示的结构中的光束分离部144A同样的功能，也可以将它们的集合称为光束分离部。
图16表示从被拍摄对象200侧观察到的图像形成装置100B的照明装置120A以及拍摄装置140B的配置关系的典型例。图16中，在开口APa、APb以及APc的位置示出的粗双向箭头分别示出了检偏器146a、146b以及146c的透射轴的方向。
典型而言，包含照明装置120A的光出射部122a～122c的平面和包含拍摄装置140B的开口APa～APc的平面互相平行。图16示出了沿着包含拍摄装置140B的开口APa～APc的平面的法线方向从被拍摄对象200侧观察到的照明装置120A以及拍摄装置140B。在图16所例示的结构中，在沿着上述的法线方向从被拍摄对象200侧观察时，照明装置120A的光出射部122a～122c包围拍摄装置140B的开口APa～APc。在第2实施方式中，也能够与第1实施方式同样地驱动照明装置120A。即，光出射部122a的光源124、光出射部122b的光源124以及光出射部122c的光源124(参照图15)依次或同时被点亮。
在该例中，在呈环状配置的光出射部122a～122c的大致中央，开口APa、APb以及APc互相接近地配置，开口APa、APb以及APc各自的中心位于正三角形的顶点上。彼此相邻的两个开口的中心间的距离例如为1.0mm以上且10mm以下左右。开口APa、APb以及APc各自的中心位于正三角形的顶点上并不是必须的，例如，也可以是开口APa、APb以及APc各自的中心位于任意的三角形的顶点上、或者从正方形等其他图形的多个顶点中选择的3个顶点上。
如图15中示意性所示，在拍摄装置140B中，从被拍摄对象200上的同一点发出而通过了检偏器146a的光、通过了检偏器146b的光以及通过了检偏器146c的光，在拍摄面142s成像在互不相同的位置。因此，根据拍摄装置140B，与第1实施方式的拍摄装置140A同样地，通过一次拍摄，可取得基于所入射的光的偏振方向彼此相差60°的光的偏振图像C0、C60以及C120。但是，因为开口APa、APb以及APc的位置互不相同，所以在取得的偏振图像C0、C60以及C120之间会产生视差。因此，在此，接收到来自拍摄元件142B的输出的图像形成电路164，执行用于消除多个偏振图像之间的视差的修正处理。
图17是用于说明偏振图像间的视差的消除处理的例子的图。图17的最左侧的列示意性表示照明装置120A的工作状态。在照明装置120A的各工作状态的右侧，示出了与工作状态相应地在同一定时取得的3张偏振图像。
如已经说明的那样，在第1模式下，从多个光出射部122a、多个光出射部122b以及多个光出射部122c依次出射直线偏振光。在此，在某定时(时刻t)从4个光出射部122a出射直线偏振光并执行拍摄。此时，如图17中最上部所示，通过拍摄装置140B取得基于通过了检偏器146a的光的偏振图像L30C0、基于通过了检偏器146b的光的偏振图像L30C60和基于通过了检偏器146c的光的偏振图像L30C120。另外，在其他的某定时(时刻(t+1))从4个光出射部122b出射直线偏振光并执行拍摄，同样地，取得分别基于通过了检偏器146a、检偏器146b以及检偏器146c的光的3张偏振图像L90C0、L90C60以及L90C120。在另外其他的某定时(时刻(t+2))从4个光出射部122c出射直线偏振光并执行拍摄，取得3张偏振图像L150C0、L150C60以及L150C120。
在此，与第1实施方式同样地，作为被拍摄对象200，例示人的眼球。若如图15中示意性所示那样从多个位置对如人的眼球那样具有透明或半透明且光滑的表面的被拍摄对象照射直线偏振光PL，则会在被拍摄对象200产生因镜面反射引起的多个亮点BP。这些亮点BP的位置反映在拍摄时所点亮的光源124的位置。
参照图17，在时刻t点亮4个光出射部122a的光源124。在此，4个光出射部122a的中心位于正方形的顶点上。因此，如图17中示意性所示，在此时取得的偏振图像L30C0、L30C60以及L30C120中，除了作为正交尼科尔图像的偏振图像L30C120之外还出现4个亮点BP的像BM。
偏振图像L30C0、L30C60以及L30C120是从互不相同的视点取得的图像，在它们之间存在视差。但是，偏振图像L30C0中的4个像BM间的位置关系与偏振图像L30C60中的4个像BM间的位置关系相同。例如在从被拍摄对象200的正上方执行了直线偏振光PL的照射和拍摄的情况下，如果连结偏振图像L30C0中的4个像BM各自的中心，则会描出正方形，另外，如果连结偏振图像L30C60中的4个像BM各自的中心，则会描出同样的正方形。如以下所要进行的说明，通过检测偏振图像中的像BM的位置，以使得在2张偏振图像之间像BM重叠的方式将这些偏振图像进行平行移动或实施其他的图像处理，由此能够消除拍摄时的视点的差异的影响。
例如，图像形成电路164检测偏振图像L30C0中的4个像BM和偏振图像L30C60中的4个像BM，求出它们的坐标。像BM各自的坐标例如能够作为位于具有比预先设定的阈值高的像素值的多个像素的中央的像素的坐标来求出。在两个图像之间对应的像BM的坐标间的距离，与开口APa和开口APb的中心间的距离对应。进而，图像形成电路164例如以使得在两个图像之间对应的像BM的坐标与适当的坐标一致的方式，使偏振图像L30C0以及L30C60平行移动。由此，可消除偏振图像L30C0和L30C60之间的视差。
对于偏振图像L30C60和L30C120之间的视差，能够根据在时刻(t+1)取得的偏振图像L90C60和L90C120之间的视差来估计。如图17的中部所示，在偏振图像L90C0、L90C60以及L90C120中的偏振图像L90C60以及L90C120中，在与拍摄时光源124被点亮的光出射部122b的配置对应的位置出现像BM。根据同样的步骤，如果以使得在偏振图像L90C60和L90C120之间对应的像BM的坐标与适当的坐标一致的方式使这些图像平行移动，则可消除偏振图像L90C60和L90C120之间的视差。
在此，偏振图像L90C60以及L90C120是分别以开口APb以及APc为视点而取得的图像，在时刻t取得的偏振图像L30C60以及L30C120也是另外分别以开口APb以及APc为视点的图像，所以偏振图像L90C60和L90C120之间的视差与偏振图像L30C60和L30C120之间的视差一致。因此，如果在与对偏振图像L90C60实施的平行移动相同的方向上使偏振图像L30C60平行移动相同的移动量，并在与对偏振图像L90C120实施的平行移动相同的方向上使偏振图像L30C120平行移动相同的移动量，则可消除偏振图像L30C60和L30C120之间的视差。
同样地，基于出现在偏振图像L150C0以及L150C120中的像BM的位置，求出偏振图像L150C0和L150C120之间的视差、偏振图像L30C0和L30C120之间的视差、以及偏振图像L90C0和L90C120之间的视差，能够通过平行移动等来消除视差。结果，能够基于像BM的位置来使9张偏振图像平行移动，以使得拍摄时的视点的差异的影响被消除。如果从9张偏振图像中消除了视差，则能够基于消除了视差的偏振图像来形成平均化模拟平行尼科尔图像SPA以及平均化正交尼科尔图像OA，基于它们的差分来获得作为被拍摄对象200的图像的图像PD。图像PD能够有利地用于例如角膜上的异物、损伤等的检测。典型而言，在图像PD中，虽然会留下亮点BP的像BM，但亮点BP的像BM的存在几乎不会对角膜的观察产生大碍。在图17中，只不过是为了便于说明而将亮点BP的像BM夸张地描绘得大。
此外，如果在执行第1模式之后执行第2模式，则能够根据上述的原理而获知因拍摄时的视点的差异引起的视差的大小，因此，能够消除在第2模式下取得的偏振图像NC0、NC60以及NC120之间的视差。也可以是，根据需要，基于出现在偏振图像中的亮点BP的像BM的图案，取代平行移动而执行平行移动以外的处理(例如旋转移动)，或者，在平行移动之外还执行平行移动以外的处理(例如旋转移动)。
根据第2实施方式，每一次拍摄，可一并取得来自3个视点的3张偏振图像。进而，通过改变照明光的偏振方向而执行多次拍摄，能够基于在与拍摄时所点亮的光源的配置对应的位置出现的偏振图像中的亮点的像的位置来消除多个偏振图像间的视差。在参照图17说明的例子中，光源124在相同定时被点亮的4个光出射部的中心位于正方形的顶点上。然而，在相同定时被点亮的多个光出射部122不需要位于正方形、正多边形等的顶点上。根据上述的视差的消除处理可知，作为多个光出射部122的配置，可以适用任意的配置。此外，在此利用了偏振图像中的像BM自身的坐标，但也可以例如以使得连结偏振图像中的像BM的位置而得到的图形的重心的坐标一致的方式，对多个偏振图像实施平行移动等处理。
(第2实施方式的变形例)
图18表示本公开的第2实施方式的图像形成装置的变形例。图18所示的图像形成装置100Ba具有将图15所示的拍摄装置140B替换为拍摄装置140Ba的结构。与拍摄装置140B相比，拍摄装置140Ba取代物镜148a～148c而在开口APa、APb以及APc与拍摄元件142B之间具有物镜148s。物镜148s也可以配置在检偏器146a～146c的前面侧和背面侧的任一侧。拍摄装置140Ba还具有配置在物镜148s与拍摄元件142B的拍摄面142s之间的微透镜阵列144。微透镜阵列144包含分别与拍摄元件142B的对应的拍摄单元相对向的多个微透镜。
在该例中，通过了配置在开口APa的检偏器146a的光、通过了配置在开口APb的检偏器146b的光、以及通过了配置在开口APc的检偏器146c的光，都会通过物镜148s。但是，因为在拍摄元件142的拍摄面142s的前面配置有微透镜阵列144，所以通过了开口APa的光、通过了开口APb的光以及通过了开口APc的光分别到达拍摄面142s的互不相同的区域Ra、Rb以及Rc。拍摄装置140Ba的光学系统例如可以设计成使通过了开口APa的光、通过了开口APb的光以及通过了开口APc的光成像在拍摄单元的阵列的互不相同的行(或列)的拍摄单元上。也就是说，在该情况下，来自被拍摄对象200的返回光，根据电场矢量的振动方向而到达拍摄面142s上的互不相同的区域，从拍摄装置140Ba输出使具有视差的3个偏振图像交织后的图像的信号。
通过利用后级的图像处理将输出信号分离为3个偏振图像的信号，能够获得与检偏器146a～146c的透射轴的方向分别相应的具有视差的3个偏振图像。能够与参照图15说明的图像形成装置100B同样地进行驱动，对所取得的偏振图像适用与图像形成装置100B同样的处理。
(第3实施方式)
图19局部性地表示本公开的第3实施方式的图像形成装置的例示性结构。图19所示的图像形成装置100C具有包括多个光出射部122的照明装置120C、拍摄装置140C和未图示的控制电路。照明装置120C包括多个光出射部122，拍摄装置140C包括多个偏振摄像头145。多个偏振摄像头145包括偏振摄像头145a～145c。图像形成装置100C中的控制电路可以具有与上述的图像形成装置100A等同样的照明控制电路以及图像形成电路。
图19表示图像形成装置100C中的光出射部122a～122c以及偏振摄像头145a～145c的配置的例子。在图19所示的例子中，光出射部122a～122c以及偏振摄像头145a～145c配置在同一平面内。图19示出了沿着配置有光出射部122a～122c以及偏振摄像头145a～145c的平面的法线方向从被拍摄对象侧观察时的光出射部122a～122c以及偏振摄像头145a～145c的典型的配置。
在该例中，偏振摄像头145a～145c分别包括拍摄元件、检偏器以及物镜，对于被拍摄对象，取得基于特定的偏振方向的光的偏振图像。偏振摄像头145a、145b以及145c分别具有检偏器146a、146b以及146c。图19中，重叠地描画在带网点的矩形中的双向箭头示出了各检偏器的透射轴的方向。检偏器146a、146b以及146c的透射轴的方向与在此之前说明的例子同样，分别为0°、60°以及120°。此外，如图19中示意性所示，光出射部122a、122b以及122c的起偏镜的透射轴的方向也与在此之前说明的例子同样，分别为30°、90°以及150°。
如图19中示意性所示，光出射部122a～122c具有各自的中心位于三角格子的格子点上的配置。在该例中，偏振摄像头145a～145c也配置成各自的中心位于三角格子的格子点上，各偏振摄像头位于通过彼此相邻的光出射部122a、122b以及122c形成的三角形的中央。图像形成装置100C具有多个单位结构，该多个单位结构分别各包含一组光出射部122a～122c和一组偏振摄像头145a～145c。图19中的虚线的圆示出了5个单位结构150CT、150UL、150UR、150LL以及150LR。图像形成装置100C具有对多个单位结构进行了平铺(tiling)的构造。
在图像形成装置100C的某工作例中，图像形成装置100C的控制电路的照明控制电路以及图像形成电路选择多个单位结构中的一个单位结构并依次驱动。图20表示单位结构150CT、150UL、150UR、150LL以及150LR中的光出射部122a～122c的光源的驱动定时的例子。
在图20所示的例子中，在时刻T1～T2，在5个单位结构中，首先驱动单位结构150CT中的光出射部122a～122c以及偏振摄像头145a～145c。如后所述，此时，使单位结构150CT例如依次在第1模式和第2模式下工作，通过偏振摄像头145a～145c取得与被拍摄对象有关的多个偏振图像。如图20所示，在时刻T1～T2之间，单位结构150UL、150UR、150LL以及150LR中的光出射部122a～122c的光源都处于关闭(OFF)状态。
接着，在时刻T2，使单位结构150CT中的光出射部122a～122c的光源关闭，使单位结构150UL中的光出射部122a～122c的光源开启(ON)。也就是说，在时刻T2～T3，驱动单位结构150UL中的光出射部122a～122c以及偏振摄像头145a～145c，通过单位结构150UL的偏振摄像头145a～145c取得与被拍摄对象有关的多个偏振图像。以下，同样地，通过单位结构150UR、150LL以及150LR的偏振摄像头依次取得与被拍摄对象有关的多个偏振图像。如图20所例示的那样，也可以使通过单位结构150CT、150UL、150UR、150LL以及150LR取得偏振图像的周期反复进行多次。
图21示出了各单位结构中的光出射部122a～122c的光源的点亮定时。图21中的双向箭头P1表示第1模式下的工作期间，双向箭头P2表示第2模式下的工作期间。如图21所示，在期间P1，光出射部122a的光源、光出射部122b的光源以及光出射部122c的光源依次被选择性点亮，在各个光源的开启期间通过偏振摄像头145a～145c取得3张偏振图像，总共取得9张偏振图像。在期间P2，光出射部122a的光源、光出射部122b的光源以及光出射部122c的光源同时被点亮，通过偏振摄像头145a～145c取得3张偏振图像。期间P2中的3张偏振图像的取得的次数可以是多次。
如此，在在此说明的实施方式中，通过按各单位结构依次执行拍摄，能够按各单位结构获得与被拍摄对象有关的图像。如以下要说明的这样，图像形成装置100C例如能够有利地用于生物体的观察。
图22表示照明装置120C以及拍摄装置140C与被拍摄对象之间的配置。在图22所示的例子中，图像形成装置100C的多个光出射部122以及多个偏振摄像头145配置在基板150(例如配线基板)的一方的主面(以下，有时为了便于说明而称为“传感器面”。)上。例如在拍摄人的眼球的情况下，照明装置120C以及拍摄装置140C配置成使基板150上的多个光出射部122以及多个偏振摄像头145与脸相对向。在拍摄时，以使得作为被拍摄对象的眼球的中心位于在基板150的中央立起的法线上的方式，调整多个光出射部122以及多个偏振摄像头145与被拍摄对象之间的配置。
在如图22所示那样从侧面观察照明装置120C以及拍摄装置140C时，如果将某光出射部122的中心与最接近该光出射部122的偏振摄像头145的物镜的中心之间的距离设为d1，则传感器面与眼球的表面之间的距离d2典型而言为d1的20倍以上。如图19中很好地示出的那样，在此，多个光出射部122以及多个偏振摄像头145具有以二维方式(平面上或曲面上)大致均等地分布的配置，覆盖作为人的眼球的可动范围的、涉及到上下左右例如到θ＝45°为止的范围。在此，θ是连结单位结构150CT的中心和眼球的中心的线段与连结所关注的偏振摄像头145和眼球的中心的线段所成的角。
单位结构150CT、150UL、150UR、150LL以及150LR与受验者注视中央、左上、右上、左下以及右下时的传感器面上的区域分别对应。各单位结构包含起偏镜的透射轴的角度分别为30°、90°以及120°的光出射部122a、122b以及122c，并且，包含检偏器的透射轴的角度分别为0°、60°以及150°的偏振摄像头145a、145b以及145c。也就是说，针对单位结构150CT、150UL、150UR、150LL以及150LR的各单位结构，可以适用与第2实施方式的图像形成装置100B同样的工作以及处理。在在此说明的例子中，因为单位结构150CT、150UL、150UR、150LL以及150LR呈二维状配置、并且该配置是对称的，所以即使眼球活动也可以切实地拍摄眼球的角膜或视网膜。在使用以往的眼球检查用的光学设备的情况下，需要在用带子固定脸并使眼球尽可能不动的状态下进行观察，与此相对，根据第3实施方式，能够减少这种制约并降低受验者的紧张感。另外，与眼镜型、隐形镜(contact lens)型的眼球可佩带传感器等不同，通过拍摄，能够以非接触方式取得与眼球的状态有关的信息。
此外，在图21所示的例子中，在同一单位结构中连续地执行第1模式和第2模式。在某单位结构中的第1模式的执行与第2模式的执行之间，当然可以插入基于其他单位结构的偏振图像的取得。但是，因为在同一单位结构中不隔开间隔地执行第1模式和第2模式的工作会不容易受到眼球活动的影响，所以有利于眼球的观察。此外，例如在青光眼的诊断中进行眼压检查。在该眼压检查中，在向角膜吹风的状态下研究角膜的变形。如果使用图像形成装置100C，则可以分别在第1模式和第2模式下持续执行角膜表面的观察和因风导致的角膜的变形的测定。
从图22也可知，在此，各单位结构中的偏振摄像头145a、145b以及145c的传感器面的位置互不相同。也就是说，在由偏振摄像头145a、145b以及145c取得的偏振图像之间存在视差。对于偏振图像间的视差的影响，例如通过参照图17说明的利用了出现在偏振图像中的亮点的像BM的坐标的平行移动等，能够与第2实施方式同样地进行消除。若对偏振图像适用平行移动，则在平行移动后的图像中可能会产生不存在与被拍摄对象有关的数据的空白区域。但是，在此，因为单位结构150CT、150UL、150UR、150LL以及150LR呈二维状配置，所以可获得与使用第2实施方式的图像形成装置100B从多个方向拍摄了被拍摄对象时同样的效果。换言之，通过拍摄时的视点增加，视野被扩大，例如可以使用由其他的单位结构150UL、150UR、150LL或150LR取得的偏振图像的数据来补足由单位结构150CT取得的偏振图像中产生的空白区域。此外，在此，例示了偏振摄像头145a、145b和145c独立地分别包含拍摄元件的结构，但也可以对各单位结构的偏振摄像头145适用与第2实施方式的拍摄装置140B或140Ba同样的结构。
图23以及图24是说明通过基于单位结构150CT的拍摄而获得的效果的图。图23示意性表示第1模式下的照明光和返回光的关系，图24示意性表示第2模式下的照明光和返回光的关系。
单位结构150CT位于传感器面的中央附近，如图19所示，光出射部122a～122c均位于单位结构150CT中的3个偏振摄像头145的附近。在将传感器面与眼球的表面之间的距离d2(参照图22)设为作为标准明视距离的200mm时，例如，d1＝10mm。在这样的配置之下，tan3°大约为0.05(＝1/20)，因此θ＝3°左右，可实现接近于同轴照明的状态。
在这样的照明之下，通过在第1模式下执行拍摄，如图23中示意性所示，基于在角膜的表面附近反射的光，可以检测角膜的表面的凹凸(例如损伤)。另外，使θ减小到3°左右的配置，成为能够进行眼底拍摄的几何学的配置。因此，通过第2模式，如图24中示意性所示，可以使光进入到眼底附近来观察返回光。即，能够清楚地拍摄瞳孔。这意味着能够通过拍摄来取得与在眼底散射并从角膜向空气中出射的光的偏振状态有关的信息。因此，根据本公开的实施方式，基于所取得的图像，能够取得与角膜中的瞳孔所对应的部分的表面的法线方向即角膜中的瞳孔所对应的部分的形状有关的信息、和/或诊断眼底的视网膜有无病变。
图25表示照明装置120C以及拍摄装置140C的工作的应用例。在图25所示的例子中，在使单位结构150CT所包含的光出射部122a～122c的光源关闭、使单位结构150CT周围的光出射部122a～122c的光源开启的状态下，使用单位结构150CT的偏振摄像头145a～145c来取得被拍摄对象的偏振图像。
图26是用于说明通过图25所例示的工作而获得的效果的图。在图25所示那样的照明之下，θ≧3°，进入瞳孔的光在内部被反射及吸收而不会漏到外部。因此，瞳孔被拍摄得暗，能够主要使由角膜反射的光选择性地向偏振摄像头145入射。因此，在第1模式下，基于与在角膜表面附近反射的光有关的偏振图像，能够检测眼球的表面的凹凸(例如损伤)。另外，在第2模式下，能够使大致整体相对于角膜成为镜面反射状态，能够更切实地取得对角膜表面的法线向量的推定有用的偏振图像。
如以上进行的说明那样，根据本公开的实施方式，不另行追加硬件，就能够通过单一装置取得能提供对具有透明或半透明且光滑的表面的物体的表面的损伤等的检测有用的信息的图像和能提供对该物体的形状的测定有用的信息的图像。另外，因为可均衡地选择与对被拍摄对象进行照明的直线偏振光有关的多个偏振方向以及与向拍摄元件入射的光有关的多个偏振方向，所以能够在抑制拍摄次数的增加的同时构建画质的劣化少的图像。向从多个视点的拍摄进行扩展也比较容易，例如，可以将本公开的实施方式的图像形成装置作为非接触的眼球观察用摄像头来利用。
本公开的实施方式能够利用于在透明物体附着的异物的检测以及透明物体表面的状态(凹凸、损伤等)的检测。另外，也能够利用于透明物体的形状的测定。本公开的图像形成装置对生物体眼球的非接触感测(sensing)特别有用，可以对基于感测的人、动物(家畜、宠物)等的健康状态的掌握、角膜的异常的检测等，适用本公开的图像形成装置。

Claims (7)

1.一种图像形成装置，具备：
照明装置，其包括分别出射具有30°的偏振方向的第1光的一个以上的第1光出射部、分别出射具有90°的偏振方向的第2光的一个以上的第2光出射部、以及分别出射具有150°的偏振方向的第3光的一个以上的第3光出射部，以所述第1光、所述第2光和所述第3光中的至少某一种光来对被拍摄对象进行照明；
光束分离部，其从来自所述被拍摄对象的返回光中分离并出射具有0°的偏振方向的第1分量、具有60°的偏振方向的第2分量以及具有120°的偏振方向的第3分量；
拍摄装置，其具有包括接受所述第1分量的第1区域、接受所述第2分量的第2区域以及接受所述第3分量的第3区域的拍摄面；以及
图像形成电路，
所述图像形成电路基于第1图像组、第2图像组以及第3图像组，生成所述被拍摄对象的图像，
所述第1图像组是在以所述第1光、所述第2光和所述第3光中的所述第1光对所述被拍摄对象进行照明时针对所述第1分量、所述第2分量以及所述第3分量的各分量通过所述拍摄装置取得的图像组，
所述第2图像组是在以所述第1光、所述第2光和所述第3光中的所述第2光对所述被拍摄对象进行照明时针对所述第1分量、所述第2分量以及所述第3分量的各分量通过所述拍摄装置取得的图像组，
所述第3图像组是在以所述第1光、所述第2光和所述第3光中的所述第3光对所述被拍摄对象进行照明时针对所述第1分量、所述第2分量以及所述第3分量的各分量通过所述拍摄装置取得的图像组。
2.根据权利要求1所述的图像形成装置，
所述光束分离部包括：
棱镜；和
透射轴的方向分别为0°、60°以及120°的第1检偏器、第2检偏器以及第3检偏器。
3.一种图像形成装置，具备：
照明装置，其包括分别出射具有30°的偏振方向的第1光的一个以上的第1光出射部、分别出射具有90°的偏振方向的第2光的一个以上的第2光出射部、以及分别出射具有150°的偏振方向的第3光的一个以上的第3光出射部，以所述第1光、所述第2光和所述第3光中的至少某一种光来对被拍摄对象进行照明；
拍摄装置，其包括设有第1开口、第2开口以及第3开口的框体和具有拍摄面的拍摄元件；
一个以上的物镜，其位于所述被拍摄对象与所述拍摄面之间；
透射轴的方向为0°的第1检偏器，其配置于所述第1开口的位置；
透射轴的方向为60°的第2检偏器，其配置于所述第2开口的位置；
透射轴的方向为120°的第3检偏器，其配置于所述第3开口的位置；以及
图像形成电路，
所述拍摄装置的所述拍摄面包括第1区域、第2区域和第3区域，所述第1区域是接受来自所述被拍摄对象的返回光中的通过了所述第1检偏器的第4光的区域，所述第2区域是接受来自所述被拍摄对象的返回光中的通过了所述第2检偏器的第5光的区域，所述第3区域是接受来自所述被拍摄对象的返回光中的通过了所述第3检偏器的第6光的区域，
所述图像形成电路基于第1图像组、第2图像组以及第3图像组，生成所述被拍摄对象的图像，
所述第1图像组是在以所述第1光、所述第2光和所述第3光中的所述第1光对所述被拍摄对象进行照明时针对所述第4光、所述第5光以及所述第6光的各光通过所述拍摄装置取得的图像组，
所述第2图像组是在以所述第1光、所述第2光和所述第3光中的所述第2光对所述被拍摄对象进行照明时针对所述第4光、所述第5光以及所述第6光的各光通过所述拍摄装置取得的图像组，
所述第3图像组是在以所述第1光、所述第2光和所述第3光中的所述第3光对所述被拍摄对象进行照明时针对所述第4光、所述第5光以及所述第6光的各光通过所述拍摄装置取得的图像组。
4.根据权利要求3所述的图像形成装置，
所述一个以上的物镜包括：
第1物镜，其位于连结所述被拍摄对象和所述第1区域的光路上；
第2物镜，其位于连结所述被拍摄对象和所述第2区域的光路上；以及
第3物镜，其位于连结所述被拍摄对象和所述第3区域的光路上。
5.根据权利要求3所述的图像形成装置，
还具备位于所述一个以上的物镜与所述拍摄面之间的微透镜阵列，
所述一个以上的物镜是接受通过了所述第1开口的光、通过了所述第2开口的光以及通过了所述第3开口的光的单一物镜。
6.根据权利要求1或3所述的图像形成装置，
所述第1图像组包括两个第1偏振图像和一个第1正交尼科尔图像，
所述第2图像组包括两个第2偏振图像和一个第2正交尼科尔图像，
所述第3图像组包括两个第3偏振图像和一个第3正交尼科尔图像，
所述图像形成电路形成基于所述两个第1偏振图像、所述两个第2偏振图像以及所述两个第3偏振图像的平均化模拟平行尼科尔图像和基于所述一个第1正交尼科尔图像、所述一个第2正交尼科尔图像以及所述一个第3正交尼科尔图像的平均化正交尼科尔图像，通过求出所述平均化模拟平行尼科尔图像与所述平均化正交尼科尔图像之间的差分来形成所述被拍摄对象的图像。
7.根据权利要求1或3所述的图像形成装置，
所述照明装置进一步以所述第1光、所述第2光以及所述第3光同时对所述被拍摄对象进行照明，
所述拍摄装置在以所述第1光、所述第2光以及所述第3光对所述被拍摄对象进行照明时，针对入射至所述第1区域的光、入射至所述第2区域的光以及入射至所述第3区域的光的各光进行拍摄。
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