JP2017032409A - 三次元形状計測装置、三次元形状計測方法及び薄膜計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表面に薄膜が形成されて構造色を有する対象物の三次元形状を精度よく計測可能な三次元形状計測装置、三次元形状計測方法及び薄膜計測装置を提供する。【解決手段】三次元形状計測装置１は、表面に薄膜が形成された対象物Ｇに対し照射光α１を、当該対象物Ｇの全方位から照射する照射部１１と、対象物Ｇの表面で反射した反射光α２を、当該反射光α２に含まれる複数の偏光成分ごとに受光する撮像素子１２２を複数配列してなる撮像部１２と、一つの撮像素子１２２が受光した複数の偏光成分ごとの受光強度に基づいて、当該撮像素子１２２が受光した反射光α２の偏光度を算出する偏光度演算部と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、三次元形状計測装置、三次元形状計測方法及び薄膜計測装置に関する。

近年、実物体をデジタル化する技術を用いて、三次元物体の色、形、質感を復元、コンピュータグラフィックによる映像コンテンツを作成する取り組みが、様々な用途で利用されている。しかしながら、多くの複雑な反射特性を持つ物体があり、これらをデジタル化する技術が日々研究されている。

例えば、ある下地層に層状の媒体が積層されている場合において、物体表面に入射する光は、層の中と表面で反射する光に分かれる。層の中に入った光は下地で跳ね返り、光路差により位相のずれた光として表面から出射する。この二つの光が干渉することにより、虹色の光を作り出す。このように物質の表面構造により、現れる色を構造色という。このような構造色を持つものとして、表面に薄膜が形成された実物体がある。

ところで、三次元形状計測の分野では拡散反射物体などの形状を計測するものと、レーザーレンジセンサーやパターン投影による形状計測、又は、ステレオ撮影による形状計測等がある（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−２３３５４７号公報

しかしながら、表面に薄膜等が形成されて構造色を有する実物体を計測の対象物とした場合、レーザー等を照射して対象物表面における拡散反射光により形状を計測する三次元形状計測装置では、正確に三次元形状を計測できない場合がある。また、ステレオ撮影による二種類の画像情報から三次元形状を推定する三次元形状計測装置では、撮影される方位に応じて構造色の色合いが変化するため、精度よく三次元形状を計測できない場合がある。

この発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、表面に薄膜が形成されて構造色を有する対象物の三次元形状を精度よく計測可能な三次元形状計測装置、三次元形状計測方法及び薄膜計測装置を提供することにある。

本発明の一態様は、表面に薄膜が形成された対象物に対し、照射光を、当該対象物の全方位から照射する照射部と、前記対象物の表面で反射した反射光を、当該反射光に含まれる複数の偏光成分ごとに受光する撮像素子を複数配列してなる撮像部と、一つの前記撮像素子が受光した複数の前記偏光成分ごとの受光強度に基づいて、当該撮像素子が受光した前記反射光の偏光度を算出する偏光度演算部と、前記撮像素子ごとに算出された前記偏光度と、前記薄膜の屈折率と、に基づいて、当該撮像素子に対応する前記対象物の表面部位ごとの法線の天頂角を算出する天頂角演算部と、前記撮像素子の各々において最大の受光強度を与える前記偏光成分の偏光方位に基づいて、当該撮像素子に対応する前記対象物の表面部位ごとの法線の方位角を特定する方位角演算部と、を備える三次元形状計測装置である。

また、本発明の一態様によれば、前記撮像部は、受光する前記反射光と直交する面内で回転可能に設けられ、前記反射光のうち回転角度に応じた方位に平行な偏光成分を透過させる可変偏光部を有する。

また、本発明の一態様によれば、前記偏光度演算部は、前記撮像素子が受光した複数の前記偏光成分ごとの受光強度のうち、最大の受光強度と最小の受光強度とに基づいて、前記偏光度を算出する。

また、本発明の一態様によれば、前記天頂角演算部は、算出された前記偏光度に基づいて、複数の天頂角の候補を算出するとともに、前記撮像素子が受光した前記反射光の総和受光強度が、予め規定された判定閾値よりも大きいか否かの判定結果に基づいて、前記候補の中から天頂角を特定する。

また、本発明の一態様によれば、前記撮像素子は、前記反射光を、異なる複数の周波数帯ごとに受光可能とされ、前記周波数帯ごとに取得された受光強度の組み合わせに基づいて、当該撮像素子に対応する前記対象物の表面部位ごとに、前記薄膜の膜厚を計測する膜厚計測部を更に備える。

また、本発明の一態様によれば、前記撮像素子は、前記反射光を、ＲＧＢの三原色に対応する３つの周波数帯ごとに受光可能とされている。

また、本発明の一態様は、表面に薄膜が形成された対象物に対し、照射光を、当該対象物の全方位から照射するステップと、複数配列された撮像素子で、前記対象物の表面で反射した反射光を、当該反射光に含まれる複数の偏光成分ごとに受光するステップと、一つの前記撮像素子が受光した複数の前記偏光成分ごとの受光強度に基づいて、当該撮像素子が受光した前記反射光の偏光度を算出するステップと、前記撮像素子ごとに算出された前記偏光度と、前記薄膜の屈折率と、に基づいて、当該撮像素子に対応する前記対象物の表面部位ごとの法線の天頂角を算出するステップと、前記撮像素子の各々において最大の受光強度を与える前記偏光成分の偏光方位に基づいて、当該撮像素子に対応する前記対象物の表面部位ごとの法線の方位角を特定するステップと、を備える三次元形状計測方法である。

また、本発明の一態様は、表面に薄膜が形成された対象物に対し、照射光を、当該対象物の全方位から照射する照射部と、前記対象物の表面で反射した反射光を、当該反射光に含まれる複数の偏光成分ごと、かつ、異なる複数の周波数帯ごとに受光する撮像素子を複数配列してなる撮像部と、一つの前記撮像素子が受光した複数の前記偏光成分ごとの受光強度に基づいて、当該撮像素子が受光した前記反射光の偏光度を算出する偏光度演算部と、前記撮像素子ごとに算出された前記偏光度と、前記薄膜の屈折率と、に基づいて、当該撮像素子に対応する前記対象物の表面部位ごとの法線の天頂角を算出する天頂角演算部と、前記周波数帯ごとに取得された受光強度の組み合わせに基づいて、当該撮像素子に対応する前記対象物の表面部位ごとの前記薄膜の膜厚を計測する膜厚計測部と、を備える薄膜計測装置である。

上述の三次元形状計測装置、三次元形状計測方法及び薄膜計測装置によれば、表面に薄膜が形成されて構造色を有する対象物の三次元形状を精度よく計測できる。

第１の実施形態に係る三次元形状計測装置の構成を示す図である。 第１の実施形態に係る撮像部の機能を説明する第１の図である。 第１の実施形態に係る撮像部の機能を説明する第２の図である。 第１の実施形態に係る計算処理部の機能構成を示す図である。 第１の実施形態に係る計算処理部の処理フローを示す図である。 第１の実施形態に係る偏光度演算部の機能を説明する図である。 第１の実施形態に係る天頂角演算部の機能を説明する第１の図である。 第１の実施形態に係る天頂角演算部の機能を説明する第２の図である。 第１の実施形態に係る天頂角演算部の機能を説明する第３の図である。 第１の実施形態に係る方位角演算部の機能を説明する図である。 第１の実施形態に係る膜厚計測部の機能を説明する図である。

＜第１の実施形態＞
以下、第１の実施形態に係る三次元形状計測装置について、図面を参照して説明する。

図１は、第１の実施形態に係る三次元形状計測装置の構成を示す図である。
図１に示すように、第１の実施形態に係る三次元形状計測装置１は、計算処理部１０と、照射部１１と、撮像部１２と、を備えている。
第１の実施形態に係る三次元形状計測装置１は、表面に既知の屈折率を有する薄膜（後述する薄膜層Ｆ）が形成された対象物Ｇの立体的形状（三次元形状）を、光学的手段を通じて計測可能とする三次元形状計測装置である。

計算処理部１０は、三次元形状計測装置１全体の動作を制御する。具体的には、計算処理部１０は、後述する照射部１１、撮像部１２に所定の制御信号を出力しながら、当該照射部１１による照射光の照射、撮像部１２による撮像処理等の一連の処理を制御する。また、計算処理部１０は、撮像部１２が取得した対象物Ｇの撮像データに基づいて、各種演算処理を実行し、対象物Ｇの立体的形状（三次元形状）を計測する。

照射部１１は、対象物Ｇの周囲を囲うように配置され、無偏光の照射光α１を、当該対象物Ｇの全方位から均一に照射する。具体的には、照射部１１は、図１に示すように、光源１１０と、拡散板１１１と、を有して構成される。
光源１１０は、対象物Ｇの周囲に複数設けられ、分光分布がほぼ均一な白色光で無偏光の照射光α１を出射する。
拡散板１１１は、対象物Ｇを中心とする球状に形成された板である。拡散板１１１は、球体の外部に配される複数の光源１１０が出射する照射光α１を取り込んで板内部で拡散させ、照射光α１の強度分布を球面方向に均一化して球体内部に放射する。これにより、球体内部に配された対象物Ｇに対し、その全方位において強度が均一化された照射光α１が照射される。

なお、他の実施形態においては、照射部１１は、照射光α１を対象物Ｇの全方位から均一に照射する態様であれば、上述の態様に限定されない。
例えば、照射部１１は、一つの光源１１０から入射した照射光α１を球体の内部において均一に拡散可能な積分球光源を用いてもよい。また、照射部１１は、一つ又は複数の光源１１０を、対象物Ｇを中心とする球面に沿って移動させながら、照射光α１の全方位からの照射を実現するものであってもよい。
また、上述の「全方位」との文言は、必ずしも、対象物Ｇの“全ての方位”から照射される意味に限定されず、三次元形状計測装置１による三次元形状の計測精度が許容される限度において一部の方位（例えば、撮像部１２が配される方位、及びその対極の方位）からの照射光α１の照射がなされない態様であってもよい。

撮像部１２は、対象物Ｇを通る基準軸Ｏ上に設けられた撮像装置（固定カメラ）である。撮像部１２は、照射光α１が対象物Ｇの表面で反射してなる反射光α２を受光する。具体的には、撮像部１２は、図１に示すように、本体部１２０と、可変偏光部１２１と、撮像素子１２２と、を有して構成される。

本体部１２０は、基準軸Ｏを光軸とする集光レンズ１２０ａを備え、集光レンズ１２０ａを通じて反射光α２を内部に取り込む。集光レンズ１２０ａを通じて取り込まれた反射光α２は、本体部１２０の内部においてマトリクス状に複数配列された撮像素子１２２において受光される。
なお、本実施形態においては、本体部１２０は、一般的なカラーＣＣＤカメラ等であってよい。

可変偏光部１２１は、対象物Ｇと本体部１２０の集光レンズ１２０ａとの間に配されて、基準軸Ｏと直交する面内で回転可能に設けられる。可変偏光部１２１は、入射してきた反射光α２のうち回転角度に応じた方位（偏光方位）に平行な偏光成分を主として透過させる直線偏光フィルタである。この可変偏光部１２１を所望の回転角度に回転移動させることで、撮像部１２の各撮像素子１２２は、入射した反射光α２を、当該反射光α２に含まれる複数の偏光成分ごとに受光することができる。

各撮像素子１２２は、受光した反射光α２の受光強度を電気信号に変換することで、当該受光強度を計測可能とするセンサ素子（フォトセンサ）である。
本実施形態においては、各撮像素子１２２には、一般的なＲＧＢの三原色に対応する３種類のカラーフィルタ（不図示）が設けられている。これにより、各撮像素子１２２は、入射した反射光α２を、三原色に対応する異なる３つの周波数帯（波長帯）ごとに受光することができる。

なお、以下の説明において、三次元形状計測装置１は、基準軸Ｏが天頂方向を向くように配されるものとして説明するが、他の実施形態に係る三次元形状計測装置１においてはこの態様に限定されず、基準軸Ｏをいかなる方位にも取り得る。

図２は、第１の実施形態に係る撮像部の機能を説明する第１の図である。
以下、図２に示す反射の例を参照しながら、撮像部１２の撮像素子１２２が受光可能な反射光α２について説明する。
図２に示すように、対象物Ｇの表面の一部である表面部位ｇ１に対し、ある入射角θ_１から入射した照射光α１は、当該表面部位ｇ１において反射角θ_１で反射し、反射光α２となって進行する（“反射光”についての説明は後述する）。
なお、この照射光α１と反射光α２とを含む面を入射面Ｑと称する。この場合、入射面Ｑは、反射面（表面部位ｇ１）とは、互いに直交する関係にある。したがって、入射面Ｑには、表面部位ｇ１の法線方向を示す法線ベクトルＮも含まれる。

ここで、ある反射光α２が基準軸Ｏに沿って天頂方向（＋Ｚ方向）に進行する場合、図２に示すように、反射光α２は、まず可変偏光部１２１に入射する。上述したように、可変偏光部１２１は、基準軸Ｏと直交する面内（ＸＹ平面内）で回転可能に設けられ、その回転角度ｋに応じた方位ｎを偏光方位とする偏光成分を主として透過させる。したがって、天頂方向に進行する反射光α２のうち、方位ｎを偏光方位とする偏光成分のみが透過して、集光レンズ１２０ａを経て撮像素子１２２に受光される。
可変偏光部１２１の回転角度ｋが複数通りに変更されることで、反射光α２に含まれる複数の偏光成分ごとの受光強度を計測することができる。
なお、この場合、ある表面部位ｇ１で反射した反射光α２は、当該表面部位ｇ１に対応する一つの撮像素子１２２において受光される。

可変偏光部１２１は、後述する計算処理部１０による制御により、回転角度ｋが、０度〜１８０度で連続的に回転する。回転角度ｋの所定ステップごとに取得された撮像データは、直ちに、計算処理部１０に備えられた記憶部１０９に記憶される。
なお、撮像部１２の構造は、図１、図２に示した態様に限定されない。例えば、撮像部１２は、集光レンズ１２０ａと可変偏光部１２１とが一体に設けられた態様をなしていてもよい。その他、撮像部１２は、撮像素子１２２が反射光α２を異なる複数の偏光成分ごとに受光可能とするものであれば、他の如何なる態様であっても構わない。

図３は、第１の実施形態に係る撮像部の機能を説明する第２の図である。
図３に示すように、対象物Ｇの下地層には、膜厚ｄの薄膜層Ｆが積層されている。ここで想定する対象物Ｇとは、例えば、蒸着またはコーティングされた加飾材やセキリティ材等である。なお、本実施形態に係る三次元形状計測装置１の計測対象となる対象物Ｇにおいて、薄膜層Ｆの膜厚ｄは未知であってよい。
ただし、本実施形態においては、薄膜層Ｆの屈折率ｎ_２は、予め把握されている（既知である）ものとする。

図３では、対象物Ｇに対して大気層Ａを通じて照射光α１が入射角θ_１で入射する例を示している。この場合、図３に示すように、照射光α１は、大気層Ａの屈折率ｎ_１（ｎ_１＝１．０）、薄膜Ｆの屈折率ｎ_２、対象物Ｇの屈折率ｎ_３、及び、入射角θ_１に応じて、薄膜層Ｆの内部で反射を繰り返しながら、種々の反射光α２１、α２２、α２３、α２４、・・・を出射する。ここで、θ_２、θ_３はそれぞれ薄膜層Ｆ、対象物Ｇにおける屈折角である。このとき、例えば、薄膜Ｆの表面で反射した反射光α２１と、薄膜Ｆの内部に透過して下地（対象物Ｇの表面）で反射した後に再度大気層Ａを進行する反射光α２２と、の光路差Ｌにより、互いに強めあう波長と弱めあう波長が生じ、結果として、反射光α２１、α２２、・・・の総和である反射光α２の分光分布が均一でなくなる。ここで、光路差Ｌは、図３に示すＢＣ間の距離とＣＤ間の距離との和となることから、以下の式（１）で与えられる。

式（１）より、反射光α２１と反射光α２２との位相差Δは、式（２）により求められる。

ここで、“λ”は、均一な分光分布を有する照射光α１に含まれる任意の波長である。即ち、照射光α１のうち、位相差Δがπ（半波長）の偶数倍となる条件を満たす波長λの分光成分が強め合って計測され、位相差Δがπの奇数倍となる条件を満たす波長λの分光成分が弱め合って計測される。

ここで、照射光α１の強度（光の強さの度合い）を強度Ｅ_０とすると、反射光α２の強度Ｅは、反射光α１、α２、・・・の各々の強度Ｅ_１、Ｅ_２、・・・の総和となる。この反射光（反射光α２）の強度Ｅは、照射光α１の強度Ｅ_０、フレネル反射係数ｒ_１２、ｒ_２３及びｒ_２１、及び、フレネル透過係数ｔ_１２、ｔ_２１によって、式（３）のように近似される。

ここで、フレネル反射係数ｒ_１２及びフレネル反射係数ｒ_２３は、それぞれ、大気層Ａから薄膜層Ｆに入射しようとする光の反射係数、及び、薄膜層Ｆから対象物Ｇに入射しようとする光の反射係数である。また、フレネル反射係数ｒ_２１は、薄膜層Ｆから大気層Ａに入射しようとする光の反射係数である。同様に、フレネル透過係数ｔ_１２及びフレネル透過係数ｔ_２１は、それぞれ、大気層Ａから薄膜層Ｆに入射しようとする光の透過係数、及び、薄膜層Ｆから大気層Ａに入射しようとする光の透過係数である。

式（３）から反射率Ｒ（＝Ｅ／Ｅ_０）の絶対値に変換すると、照射光α１に対する反射光α２の反射率Ｒが次の式（４）で表される。

このとき、式（４）のフレネル反射係数ｒは、次の式（５）で表される。

なお、“ｒ^ｓ”は、照射光α１のｓ波偏光成分についてのフレネル反射係数ｒ^ｓであり、“ｒ^ｐ”は、照射光α１のｐ波偏光成分についてのフレネル反射係数ｒ^ｐである。また、式（５）におけるｉ、ｊは自然数である。

式（１）、（２）、（４）によれば、均一の分光分布を有する照射光α１は、対象物Ｇの表面において、波長λごとに異なる反射率Ｒで反射する。したがって、反射光α２は、当該反射率Ｒ（式（４））に応じた不均一な分光分布となる。
撮像部１２（撮像素子１２２）は、このように不均一な分光分布となった反射光α２の受光強度を、三原色（ＲＧＢ）の各々に対応する周波数帯（波長帯）ごとに計測する。

また、式（５）に基づくｓ波についてフレネル反射係数ｒ^ｓ、及び、ｐ波についてのフレネル反射係数ｒ^ｐによれば、ｓ波とｐ波との比率が１：１である照射光α１は、当該ｓ波、ｐ波ごとに互いに異なる反射率Ｒ_ｓ、Ｒ_ｐで反射する。したがって、反射光α２は、当該ｓ波の反射率Ｒ_ｓ、及び、ｐ波の反射率Ｒ_ｐの比率に応じた度合いで偏光する。
撮像部１２（撮像素子１２２）は、可変偏光部１２１の回転を通じて、上記のように偏光する反射光α２の受光強度を、複数の異なる偏光成分ごとに計測する。

図４は、第１の実施形態に係る計算処理部の機能構成を示す図である。
図４に示すように、計算処理部１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１００と、操作部１０７と、外部接続インターフェイス１０８と、記憶部１０９と、を備えている。計算処理部１０は、汎用のパーソナルコンピュータ等であってよい。

ＣＰＵ１００は、計算処理部１０の処理全体を司る演算装置（プロセッサ）である。ＣＰＵ１００は、所定の記憶領域（記憶部１０９等）に読み込まれた制御・計測用プログラムに基づいて動作することで、撮像制御部１０１、偏光度演算部１０２、天頂角演算部１０３、方位角演算部１０４、三次元形状構築部１０５及び膜厚計測部１０６としての機能を発揮する。
操作部１０７は、例えばマウス、キーボード、タッチパネル等の入力インターフェイスであって、三次元形状計測装置１のオペレータによる各種操作の入力を受け付ける。
記憶部１０９は、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の記憶デバイスである。記憶部１０９には、複数の撮像素子１２２ごとに取得された分光スペクトル等が撮像データとして記録される。
外部接続インターフェイス１０８は、外部装置との通信を行うための通信インターフェイスであり、外部接続インターフェイス１０８は、専用の通信ケーブル等を介して照射部１１及び撮像部１２に接続されている。

次に、ＣＰＵ１００の各種機能（撮像制御部１０１、偏光度演算部１０２、天頂角演算部１０３、方位角演算部１０４、三次元形状構築部１０５及び膜厚計測部１０６）について説明する。

撮像制御部１０１は、外部接続インターフェイス１０８を介して接続された照射部１１及び撮像部１２に対し、所定の制御信号を出力しながら、当該照射部１１による照射光α１の照射、撮像部１２による撮像処理等を制御する。
例えば、撮像制御部１０１は、照射部１１に対し、対象物Ｇ（図１）への照射光α１の照射を実施させた状態で、撮像部１２に対し、撮像データの取得（各撮像素子１２２における受光強度の計測）を実施させる。このとき、撮像制御部１０１は、所定の制御信号を通じて、撮像部１２の可変偏光部１２１の回転角度を所定ステップごとに変化させながら、その都度、撮像データを取得させる。このようにすることで、撮像部１２は、反射光α２のうち、上記所定ステップごとに異なる複数の偏光成分ごとの受光強度を、自動的に取得することができる。

偏光度演算部１０２は、一つの撮像素子１２２が受光した複数の偏光成分ごとの受光強度に基づいて、撮像素子１２２が受光した反射光α２の偏光度（後述する偏光度ρ）を算出する。
天頂角演算部１０３は、偏光度演算部１０２によって撮像素子１２２ごとに算出された偏光度と、既知である薄膜（薄膜層Ｆ（図３））の屈折率（屈折率ｎ_２）と、に基づいて、当該撮像素子１２２に対応する対象物Ｇの表面部位ごとの法線の、基準軸Ｏに対する角度（以下、「天頂角」と称する。）を算出する。
方位角演算部１０４は、撮像素子１２２の各々において最大の受光強度を与える偏光成分の偏光方位（方位ｎ（図２））に基づいて、当該撮像素子に対応する対象物Ｇの表面部位ごとの法線の、基準軸Ｏの周方向の角度（以下、「方位角」と称する。）を特定する。
三次元形状構築部１０５は、天頂角演算部１０３及び方位角演算部１０４によって特定された表面部位ごとの法線（法線ベクトル）の向く方位に基づいて、対象物Ｇを構成する表面部位ごとの面の向きを特定しながら、撮像データを有する各撮像素子１２２に対応する表面部位を全て繋ぎ合わせることで、対象物Ｇの三次元形状を構築する。
膜厚計測部１０６は、各撮像素子１２２において周波数帯ごとに取得された受光強度の組み合わせ（後述する「ＲＧＢ値」）に基づいて、当該撮像素子１２２に対応する対象物Ｇの表面部位ごとに、薄膜層Ｆの膜厚ｄ（図３）を計測する。

図５は、第１の実施形態に係る計算処理部の処理フローを示す図である。
以下、計算処理部１０（ＣＰＵ１００）の各機能構成による具体的な処理フローについて、図５、及び、以下に示す図６〜図１０を参照しながら説明する。

（ステップＳ１：撮像データ取得）
まず、撮像制御部１０１は、操作部１０７を通じて三次元形状計測装置１のオペレータから計測開始の指示を受け付けると、照射部１１による対象物Ｇへの照射処理、及び、撮像部１２による撮像処理を実施し、撮像データを取得する（ステップＳ１）。このとき、撮像制御部１０１は、撮像部１２の可変偏光部１２１の回転角度ｋ（図２）を所定ステップごとに変更しながら連続的に撮像データを複数取得する。撮像制御部１０１は、撮像部１２により取得された撮像データを、逐次、記憶部１０９に記録する。

（ステップＳ２：偏光度算出）
次に、偏光度演算部１０２は、ステップＳ１で取得された撮像データから、複数の撮像素子１２２の各々が受光した反射光α２の偏光度ρを算出する（ステップＳ２）。ここで、偏光度演算部１０２によるステップＳ２の処理について、以下の図６を参照しながら詳細に説明する。

図６は、第１の実施形態に係る偏光度演算部の機能を説明する図である。
図６は、可変偏光部１２１の回転角度ｋ（横軸）と、一つの撮像素子１２２において計測された反射光α２の受光強度Ｉ（縦軸）と、の関係を表したグラフである。なお、受光強度Ｉは、反射光α２のＲＧＢに対応する分光成分ごとの受光強度の合計値である。
図６に示すように、可変偏光部１２１の回転角度ｋ（図２参照）をある基準確度（ｋ＝０°）から所定のステップずつ１８０°回転させると、各撮像素子１２２において、反射光α２の受光強度Ｉの最大値（最大受光強度Ｉ_ｍａｘ）と、受光強度Ｉの最小値（最小受光強度Ｉ_ｍｉｎ）と、が計測される。
ここで、最大受光強度Ｉ_ｍａｘは、撮像素子１２２が受光した反射光α２に含まれるｓ波偏光成分の強度を示すものであり、一方、最小受光強度Ｉ_ｍｉｎは、同反射光α２に含まれるｐ波偏光成分の強度を示すものである。

偏光度演算部１０２は、各撮像素子１２２ごとに計測された最大受光強度Ｉ_ｍａｘと最小受光強度Ｉ_ｍｉｎとを用いて、以下の式（６）の演算を行う。

式（６）に示す“ρ”は、受光した反射光α２の直線偏光の度合いを示す偏光度ρである。即ち、偏光度ρが大きいほど反射光α２の直線偏光の度合いが大きくなる（偏光度ρの最大値は“１”）。
このように、偏光度演算部１０２は、撮像素子１２２が受光した複数の偏光成分ごとの受光強度Ｉのうち、最大受光強度Ｉ_ｍａｘと最小受光強度Ｉ_ｍｉｎとに基づいて、各撮像素子１２２についての偏光度ρを算出する。

（ステップＳ３：天頂角算出）
次に、天頂角演算部１０３は、ステップＳ２で取得された各撮像素子１２２に対応する偏光度ρに基づいて、複数の撮像素子１２２の各々に対応する対象物Ｇの表面部位ごとの天頂角を算出する（ステップＳ３（図５））。ここで、天頂角演算部１０３によるステップＳ３の処理について、以下の図７〜図９を参照しながら詳細に説明する。

図７は、第１の実施形態に係る天頂角演算部の機能を説明する第１の図である。
また、図８は、第１の実施形態に係る天頂角演算部の機能を説明する第２の図である。
また、図９は、第１の実施形態に係る天頂角演算部の機能を説明する第３の図である。

図７は、対象物Ｇの一部を側面側（−Ｙ方向側）から見た場合の様子を示している。
図７に示すように、天頂角演算部１０３は、対象物Ｇの各表面部位ｇ１、ｇ１’の各法線ベクトルＮ、Ｎ’の天頂角θ、θ’（法線ベクトルＮの基準軸Ｏに対する角度）を特定する。
具体的には、天頂角演算部１０３は、対象物Ｇのある表面部位ｇ１に対応する撮像素子１２２で受光された反射光α２の偏光度ρ（式（６））に基づいて、当該表面部位ｇ１の法線ベクトルＮの天頂角θを特定する。同様に、天頂角演算部１０３は、表面部位ｇ１’に対応する撮像素子１２２で受光された反射光α２の偏光度ρに基づいて、法線ベクトルＮ’の天頂角θ’を特定する。
このようにして、天頂角演算部１０３は、対象物Ｇの全表面部位に対応する法線の天頂角を特定する。

ここで、反射光α２の偏光度ρは、ｓ波の反射率Ｒ_ｓとｐ波の反射率Ｒ_ｐとを用いて、以下の式（７）のようにも表される。

式（７）に対し、式（５）に示すフレネル反射係数ｒ^ｓ、ｒ^ｐを適用すると、偏光度ρについての以下の式（８）が導出される。

式（８）によれば、偏光度ρは、入射角θ_１と、薄膜層Ｆ（図３）の屈折率ｎ_２と、に基づいて特定される。したがって、薄膜層Ｆの屈折率ｎ_２が既知の場合、偏光度演算部１０２が式（６）に基づいて算出した偏光度ρに基づいて、入射角θ_１を２つの候補に特定することができる。

ここで、図８は、式（８）に基づくグラフであって、反射光α２の入射角θ_１（横軸）と偏光度ρ（縦軸）との関係を示すグラフである。図８に示すように、式（８）は、与えられた１つの偏光度ρに対し、最大で２つの解（入射角θ_１）を有する式である。
天頂角演算部１０３は、図８に示すように、式（８）に対し、偏光度演算部１０２によって算出された偏光度ρを適用する。これにより、天頂角演算部１０３は、入射角θ_１についての２つの解である候補値θ_１ａ、θ_１ｂを算出する。

なお、以下の説明において、偏光度ρが最大（ρ＝１）を与える入射角θ_１をブリュースター角θ_Ｂと称する。ブリュースター角θ_Ｂで入射される照射光α１についての反射光α２は、ｐ波偏光成分がゼロとなり、ｓ波偏光成分のみとなる（即ち、反射光α２は、偏光の度合いが最も大きい状態となる）。
図８に示すように、天頂角演算部１０３が式（８）に基づいて算出した２つの候補値θ_１ａ、θ_１ｂは、常に、θ_１ａ＜θ_Ｂ＜θ_１ｂの関係を満たす。

次に、天頂角演算部１０３は、式（８）に基づいて算出された入射角θ_１についての２つの候補値θ_１ａ、θ_１ｂのうちの何れか一方を選択し、これを天頂角θの算出結果として確定する。

ここで、図９は、反射光α２の入射角θ_１（横軸）と総和受光強度Ｉ’（縦軸）との関係を示すグラフである。総和受光強度Ｉ’は、撮像素子１２２に受光された反射光α２の分光成分（ＲＧＢ）ごと、及び、偏光成分ごとの受光強度の総和値である。
図９によれば、入射角θ_１がブリュースター角θ_Ｂよりも小さい場合、総和受光強度Ｉ’は、常に、判定閾値Ｉｔｈよりも小さい値をとることがわかる。また、図９によれば、入射角θ_１がブリュースター角θ_Ｂよりも大きい場合、総和受光強度Ｉ’は、常に、判定閾値Ｉｔｈよりも大きい値をとることがわかる。

天頂角演算部１０３は、入射角θ_１がブリュースター角θ_Ｂであった場合の総和受光強度Ｉ’（図９に示す判定閾値Ｉｔｈ）を、事前の実験又は計算により予め記憶している。
そして、天頂角演算部１０３は、各撮像素子１２２によって計測された総和受光強度Ｉ’が判定閾値Ｉｔｈ以上となっていた場合には、ブリュースター角θ_Ｂよりも大きい候補値θ_１ｂを天頂角θの算出結果とする。一方、天頂角演算部１０３は、各撮像素子１２２によって計測された総和受光強度Ｉ’が判定閾値Ｉｔｈ未満となっていた場合には、ブリュースター角θ_Ｂよりも小さい候補値θ_１ａを天頂角θの算出結果とする。

このように、天頂角演算部１０３は、算出された偏光度ρに基づいて、２つの天頂角θの候補（候補値θ_１ａ、θ_１ｂ）を算出する。そして、天頂角演算部１０３は、撮像素子１２２が受光した反射光α２の総和受光強度Ｉ’が、予め規定された判定閾値Ｉｔｈよりも大きいか否かの判定結果に基づいて、上記候補の中から算出結果とする天頂角θを特定する。

（ステップＳ４：方位角算出）
次に、方位角演算部１０４は、複数の撮像素子１２２の各々に対応する対象物Ｇの表面部位ごとの方位角を算出する（ステップＳ４（図５））。ここで、方位角演算部１０４によるステップＳ４の処理について、以下の図１０及び前述した図６を参照しながら詳細に説明する。

図１０は、第１の実施形態に係る方位角演算部の機能を説明する図である。
図１０は、対象物Ｇを撮像部１２側（＋Ｚ方向側）から見た場合の図である。
方位角演算部１０４は、対象物Ｇの表面部位ｇ１、ｇ２、・・・ごとに、反射光α２の最大の受光強度Ｉ_ｍａｘを与える可変偏光部１２１の回転角度（即ち、反射光α２に含まれる最大の偏光成分の偏光方位）に基づいて、対象物Ｇの表面部位ｇ１、ｇ２、・・・ごとの法線の方位角φを特定する。
例えば、図１０に示すように、方位角演算部１０４は、表面部位ｇ１に対応する撮像素子１２２において受光した反射光α２の最大受光強度Ｉ_ｍａｘを与える可変偏光部１２１の回転角度ｋに基づいて、当該表面部位ｇ１における法線ベクトルＮ１の方位角φ_１を特定する。同様に、方位角演算部１０４は、表面部位ｇ２、ｇ３、ｇ４、・・・の各々に対応する撮像素子１２２において受光した反射光α２の最大受光強度Ｉ_ｍａｘを与える回転角度に基づいて、当該表面部位ｇ２、ｇ３、ｇ４、・・・の各々における法線ベクトルＮ２、Ｎ３、Ｎ４、・・・の方位角φ_２、φ_３、φ_４、・・・を特定する。

方位角演算部１０４は、ある表面部位ｇ１に対応する撮像素子１２２において、可変偏光部１２１の複数の異なる回転角度ｋごとに取得された複数の受光強度Ｉ（図６）を参照して、最大受光強度Ｉ_ｍａｘを特定する。
ここで、表面部位ｇ１（図１０）に対応する撮像素子１２２において、当該表面部位ｇ１で反射した反射光α２を最大限に受光可能となる条件は、可変偏光部１２１の方位ｎが当該反射光α２の最大偏光成分（即ち、ｓ波偏光成分）の偏光方位に一致する場合である。そして、表面部位ｇ１で反射した反射光α２のｓ波偏光成分の偏光方位は、当該表面部位ｇ１の方位角φ_１に依存する。
即ち、図６において、最大受光強度Ｉ_ｍａｘを与える可変偏光部１２１の回転角度ｋである最大強度回転角度ｋ_ｍａｘが、反射光α２のｓ波偏光成分の偏光方位に対応する。したがって、方位角演算部１０４は、この最大強度回転角度ｋ_ｍａｘに基づいて表面部位ｇ１の法線ベクトルＮ１の方位角φ_１を特定することができる。
このようにして、方位角演算部１０４は、各表面部位に対応する各撮像素子１２２において、最大受光強度Ｉ_ｍａｘを与える回転角度ｋを特定し、対象物Ｇの全表面部位における法線ベクトルの方位角を特定する。

なお、上述の方法の場合、最大受光強度Ｉ_ｍａｘを与える回転角度ｋ（最大強度回転角度ｋ_ｍａｘ）を特定したとしても、対応する表面部位ｇ１における方位角φ_１は、回転角度ｋ_ｍａｘと一致する角度か、回転角度ｋ_ｍａｘから１８０°回転した角度か、を特定することができない。
したがって、本実施形態に係る方位角演算部１０４は、方位角φを、各表面部位の、対象物Ｇを撮像部１２から見た場合における当該対象物Ｇの外縁との位置関係に基づいて一意に特定する。
具体的には、方位角演算部１０４は、図１０に示すように、対象物Ｇの外縁を示す輪郭線Ｇｃを抽出する。輪郭線Ｇｃは、対象物Ｇの領域と、当該対象物Ｇが存在しない大気層Ａの領域と、を区画する境界である。ここで、輪郭線Ｇｃの各所における表面部位の法線ベクトルＮが向く方位は、当該輪郭線Ｇｃの各所において対象物Ｇの領域から大気層Ａの領域に向かう方位に一致する。したがって、本実施形態に係る方位角演算部１０４は、輪郭線Ｇｃの区画内に配される他の表面部位の法線ベクトルは、当該表面部位から近い側に配される輪郭線Ｇｃの所定箇所における法線ベクトルと同じ方位を向いているものと仮定して、方位角φを一意に特定する。
例えば、方位角演算部１０４は、まず、図１０における表面部位ｇ１における方位角φ_１が、最大強度回転角度ｋ_ｍａｘ、又は、最大強度回転角度ｋ_ｍａｘ＋１８０°の何れかであるところまで特定する。次に、方位角演算部１０４は、表面部位ｇ１の位置から方位角φ_１＝ｋ_ｍａｘの方位に位置する輪郭線Ｇｃまでの距離と、表面部位ｇ１から方位角φ_１＝ｋ_ｍａｘ＋１８０°の方位に位置する輪郭線Ｇｃまでの距離と、を比較する。そして、方位角演算部１０４は、比較の結果、上記距離が短かった方の輪郭線Ｇｃを向く方位となるように方位角φ_１を特定する。

（ステップＳ５：三次元形状の構築）
天頂角演算部１０３により対象物Ｇの各表面部位における天頂角θを特定され、方位角演算部１０４により同表面部位における法線の方位角φを特定されたことで、各表面部位に対応する法線ベクトルＮの三次元空間上の方位、即ち、撮像素子１２２ごとに対応する表面部位ごとの面の向きが特定される。三次元形状構築部１０５は、ステップＳ２〜Ｓ４の処理によって特定された表面部位ごとの面の向きを参照しながら各表面部位を連結して三次元形状を構築する（ステップＳ５（図５））。
以上の処理により、計算処理部１０は、撮像部１２により取得された複数の撮像データに基づいて、対象物Ｇの三次元形状の計測を完了する。

（ステップＳ６：薄膜層の膜厚の推定）
更に、本実施形態に係る計算処理部１０は、膜厚計測部１０６の機能により、対象物Ｇの表面に形成された薄膜層Ｆ（図３）の膜厚ｄを推定することができる。膜厚計測部１０６は、ステップＳ２で天頂角演算部１０３により特定された表面部位ごとの天頂角θを利用して、当該表面部位の各々に形成された薄膜層Ｆの膜厚ｄ（図３）を推定する（ステップＳ６（図５））。ここで、膜厚計測部１０６によるステップＳ６の処理について、以下の図１１を参照しながら詳細に説明する。

図１１は、第１の実施形態に係る膜厚計測部の機能を説明する図である。
ここで、式（４）（式（１）、（２）を含む）に対し、「ｃｏｓ^２θ＝１−ｓｉｎ^２θ」及びスネルの法則を適用することで、式（４）は、薄膜層Ｆの屈折率ｎ_２、入射角θ_１、波長λ、及び、膜厚ｄの関数となる。
膜厚計測部１０６は、既知の屈折率ｎ_２と、ステップＳ３で算出された天頂角θ（＝入射角θ_１）と、ＲＧＢの各分光成分に対応する波長λと、を代入する。これにより、膜厚計測部１０６は、式（４）に基づいて、撮像素子１２２ごとに膜厚ｄを算出できる。

ここで、図１１には、式（４）に基づいて膜厚ｄと入射角θ_１との関係で特定されるＲＧＢ値の分布を示している。ここで、「ＲＧＢ値」とは、各撮像素子１２２において反射光α２の分光成分ごと（Ｒ、Ｇ、Ｂごと）に取得された受光強度Ｉの組み合わせであって、当該撮像素子１２２に対応する画素の色を一意に特定するための情報である。
即ち、式（４）によれば、薄膜層Ｆの屈折率ｎ_２が既知の場合、膜厚ｄ（縦軸）及び入射角θ_１（横軸）の各々に応じて、各撮像素子１２２において計測されると想定されるＲＧＢ値が、図１１に示すように分布する。
膜厚計測部１０６は、撮像部１２を通じて実際に取得された撮像データの画素（撮像素子１２２）ごとのＲＧＢ値を、図１１に示すＲＧＢ値の分布に当てはめることで、対象物Ｇの表面部位ごとの膜厚ｄを算出することができる。

なお、図１１に示すように、ＲＧＢ値の分布は、膜厚ｄに応じて周期的な分布を有している。したがって、ＲＧＢ値に基づいて膜厚ｄが一意に特定されない場合も想定される。この場合、膜厚計測部１０６は、隣接する表面部位ｇ１（図２）の薄膜層Ｆの膜厚ｄが急激には変化しないことを想定して規定された拘束条件に従って膜厚ｄを一意に特定してもよい。例えば、膜厚計測部１０６は、隣接する複数箇所の表面部位ｇ１における薄膜層Ｆの膜厚ｄのばらつきが所定の範囲（±Δｄ）内に収まっているか否か、を拘束条件としてもよい。

（作用効果）
以上、第１の実施形態に係る三次元形状計測装置１は、まず、表面に薄膜（薄膜層Ｆ）が形成された対象物Ｇに対し、照射光α１を、当該対象物Ｇの全方位から照射する照射部１１を備えている。
また、三次元形状計測装置１は、対象物Ｇの表面（表面部位ｇ１等）で反射した反射光α２を、当該反射光α２に含まれる複数の偏光成分（ｓ波、ｐ波）ごとに受光する撮像素子１２２を複数配列してなる撮像部１２を備えている。
また、三次元形状計測装置１は、一つの撮像素子１２２が受光した複数の偏光成分ごとの受光強度（受光強度Ｉ）に基づいて、当該撮像素子１２２が受光した反射光α２の偏光度（偏光度ρ）を算出する偏光度演算部１０２を備えている。
また、三次元形状計測装置１は、撮像素子１２２ごとに算出された偏光度ρと、薄膜の屈折率ｎ_２と、に基づいて、当該撮像素子１２２に対応する対象物Ｇの表面部位ごとの法線（法線Ｎ等）の天頂角θを算出する天頂角演算部１０３を備えている。
更に、三次元形状計測装置１は、撮像素子１２２の各々において最大の受光強度（最大受光強度Ｉ_ｍａｘ）を与える偏光成分の偏光方位（方位ｎ）に基づいて、当該撮像素子１２２に対応する対象物Ｇの表面部位ごとの法線の方位角φを特定する方位角演算部１０４を備えている。

以上のような構成によれば、上述した天頂角演算部１０３及び方位角演算部１０４の機能により、計測された偏光成分ごとの受光強度に基づいて偏光度ρが算出され、対象物Ｇの表面部位ごとの法線の向く方位を一意に特定することができる。したがって、表面に薄膜が形成されて構造色を有する実物体の三次元形状を精度よく、かつ、簡便に計測することができる。

また、第１の実施形態に係る三次元形状計測装置１によれば、撮像部１２は、基準軸Ｏと直交する面内で回転可能に設けられ、反射光α２のうち回転角度ｋに応じた方位（方位ｎ）に平行な偏光成分を透過させる可変偏光部１２１を有している。
このようにすることで、反射光α２に含まれる異なる複数の偏光成分ごとの受光強度を、簡素に計測することができる。

また、第１の実施形態に係る三次元形状計測装置１によれば、偏光度演算部１０２は、撮像素子１２２が受光した複数の偏光成分ごとの受光強度Ｉのうち、最大の受光強度（最大受光強度Ｉ_ｍａｘ）と最小の受光強度（最小受光強度Ｉ_ｍｉｎ）とに基づいて、偏光度ρを算出する。
このようにすることで、偏光度演算部１０２は、撮像素子１２２によって計測された偏光成分ごとの受光強度Ｉに基づいて、偏光度ρを算出することができる。

また、第１の実施形態に係る三次元形状計測装置１によれば、天頂角演算部１０３は、算出された偏光度ρに基づいて、２つの天頂角θの候補（候補値θ_１ａ、θ_１ｂ）を算出するとともに、撮像素子が受光した反射光α２の総和受光強度Ｉ’が、予め規定された判定閾値Ｉｔｈよりも大きいか否かの判定結果に基づいて、候補（候補値θ_１ａ、θ_１ｂ）の中から天頂角θを特定する。
このようにすることで、算出された偏光度ρより絞り込まれた天頂角の２つの候補値の中から、精度良く、真の天頂角を特定することができる。

また、第１の実施形態に係る三次元形状計測装置１によれば、撮像素子１２２は、反射光α２を、異なる複数の周波数帯（ＲＧＢ三原色に対応する波長帯）ごとに受光可能とされる。また、三次元形状計測装置１は、周波数帯ごとに取得された受光強度Ｉの組み合わせ（即ち、撮像データを構成する画素ごとのＲＧＢ値）に基づいて、当該撮像素子１２２に対応する対象物Ｇの表面部位ごとに、薄膜の膜厚ｄを計測する膜厚計測部１０６を更に備えている。
このようにすることで、三次元形状計測装置１は、複雑な三次元形状を有する対象物Ｇの表面に形成された薄膜の膜厚分布を精度良く、かつ、簡便に推定することができる。

以上、第１の実施形態に係る三次元形状計測装置１について詳細に説明したが、本実施形態に係る三次元形状計測装置１の具体的な態様は、上述のものに限定されることはなく、要旨を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を加えることは可能である。
例えば、他の実施形態に係る三次元形状計測装置１は、三次元形状を有する対象物Ｇの表面に形成された薄膜層Ｆの膜厚ｄを計測する「薄膜計測装置」として機能するものであってもよい。この場合、当該薄膜計測装置としての三次元形状計測装置１は、方位角φを特定する機能を有していなくともよく、したがって、方位角演算部１０４を具備しなくともよい。ただし、当該他の実施形態に係る三次元形状計測装置１の他の機能構成は、第１の実施形態（図１）と同様である。

従来、薄膜の膜厚を計測する手段としては、分光干渉法やエリプソメトリ等が代表的である。しかしながら、これらの手段はいずれも、スポット光が照射された小領域の膜厚しか測定することができず、また、複雑な凹凸の表面上に形成された薄膜の膜厚を計測することは困難である。
一方、本実施形態に係る三次元形状計測装置１（薄膜計測装置）によれば、薄膜層Ｆの屈折率ｎ_２が既知でさえあれば、複雑な表面形状を有する対象物に対する１回の撮影だけで、下地層（対象物Ｇ）に積層された薄膜層Ｆの膜厚ｄの面内分布を全て計測することができる。したがって、複雑な三次元形状の表面上に形成された薄膜の膜厚分布を瞬時に簡素に把握することができる。

また、上述の各実施形態においては、ＣＰＵ１００の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各手順を行うものとしている。ここで、上述したＣＰＵ１００の各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって上記各種処理が行われる。ここで、コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
また、ＣＰＵ１００の各機能構成が、ネットワークで接続される複数の装置に渡って具備される態様であってもよい。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものとする。

１ 三次元形状計測装置（薄膜計測装置）
１０ 計算処理部
１００ ＣＰＵ
１０１ 撮像制御部
１０２ 偏光度演算部
１０３ 天頂角演算部
１０４ 方位角演算部
１０５ 三次元形状構築部
１０６ 膜厚計測部
１０７ 操作部
１０８ 外部接続インターフェイス
１０９ 記憶部
１１ 照射部
１１０ 光源
１１１ 拡散板
１１２ 固定偏光部
１２ 撮像部
１２０ 本体部
１２１ 可変偏光部
１２２ 撮像素子
Ｇ 対象物
ｇ１ 表面部位
Ｏ 基準軸
Ａ 大気層
Ｆ 薄膜層
α１ 照射光
α２ 反射光

Claims (8)

1. 表面に薄膜が形成された対象物に対し、照射光を、当該対象物の全方位から照射する照射部と、
   前記対象物の表面で反射した反射光を、当該反射光に含まれる複数の偏光成分ごとに受光する撮像素子を複数配列してなる撮像部と、
   一つの前記撮像素子が受光した複数の前記偏光成分ごとの受光強度に基づいて、当該撮像素子が受光した前記反射光の偏光度を算出する偏光度演算部と、
   前記撮像素子ごとに算出された前記偏光度と、前記薄膜の屈折率と、に基づいて、当該撮像素子に対応する前記対象物の表面部位ごとの法線の天頂角を算出する天頂角演算部と、
   前記撮像素子の各々において最大の受光強度を与える前記偏光成分の偏光方位に基づいて、当該撮像素子に対応する前記対象物の表面部位ごとの法線の方位角を特定する方位角演算部と、
   を備える三次元形状計測装置。
2. 前記撮像部は、
   受光する前記反射光と直交する面内で回転可能に設けられ、前記反射光のうち回転角度に応じた方位に平行な偏光成分を透過させる可変偏光部を有する
   請求項１に記載の三次元形状計測装置。
3. 前記偏光度演算部は、
   前記撮像素子が受光した複数の前記偏光成分ごとの受光強度のうち、最大の受光強度と最小の受光強度とに基づいて、前記偏光度を算出する
   請求項１又は請求項２に記載の三次元形状計測装置。
4. 前記天頂角演算部は、
   算出された前記偏光度に基づいて、複数の天頂角の候補を算出するとともに、前記撮像素子が受光した前記反射光の総和受光強度が、予め規定された判定閾値よりも大きいか否かの判定結果に基づいて、前記候補の中から天頂角を特定する
   請求項３に記載の三次元形状計測装置。
5. 前記撮像素子は、
   前記反射光を、異なる複数の周波数帯ごとに受光可能とされ、
   前記周波数帯ごとに取得された受光強度の組み合わせに基づいて、当該撮像素子に対応する前記対象物の表面部位ごとに、前記薄膜の膜厚を計測する膜厚計測部を更に備える
   請求項１から請求項４の何れか一項に記載の三次元形状計測装置。
6. 前記撮像素子は、
   前記反射光を、ＲＧＢの三原色に対応する３つの周波数帯ごとに受光可能とされている
   請求項５に記載の三次元形状計測装置。
7. 表面に薄膜が形成された対象物に対し、照射光を、当該対象物の全方位から照射するステップと、
   複数配列された撮像素子で、前記対象物の表面で反射した反射光を、当該反射光に含まれる複数の偏光成分ごとに受光するステップと、
   一つの前記撮像素子が受光した複数の前記偏光成分ごとの受光強度に基づいて、当該撮像素子が受光した前記反射光の偏光度を算出するステップと、
   前記撮像素子ごとに算出された前記偏光度と、前記薄膜の屈折率と、に基づいて、当該撮像素子に対応する前記対象物の表面部位ごとの法線の天頂角を算出するステップと、
   前記撮像素子の各々において最大の受光強度を与える前記偏光成分の偏光方位に基づいて、当該撮像素子に対応する前記対象物の表面部位ごとの法線の方位角を特定するステップと、
   を備える三次元形状計測方法。
8. 表面に薄膜が形成された対象物に対し、照射光を、当該対象物の全方位から照射する照射部と、
   前記対象物の表面で反射した反射光を、当該反射光に含まれる複数の偏光成分ごと、かつ、異なる複数の周波数帯ごとに受光する撮像素子を複数配列してなる撮像部と、
   一つの前記撮像素子が受光した複数の前記偏光成分ごとの受光強度に基づいて、当該撮像素子が受光した前記反射光の偏光度を算出する偏光度演算部と、
   前記撮像素子ごとに算出された前記偏光度と、前記薄膜の屈折率と、に基づいて、当該撮像素子に対応する前記対象物の表面部位ごとの法線の天頂角を算出する天頂角演算部と、
   前記周波数帯ごとに取得された受光強度の組み合わせに基づいて、当該撮像素子に対応する前記対象物の表面部位ごとの前記薄膜の膜厚を計測する膜厚計測部と、
   を備える薄膜計測装置。