JP2009259703A - 照明装置、画像取得装置 - Google Patents

Abstract

【課題】色の異なる複数の部位を備える対象物を、それぞれの色が好ましい色になるように照明することができる照明装置等を提供する。
【解決手段】白色光を発光する第１光源１と、この第１光源１により発光された白色光を第１の指向特性をもって照射するための第１光学系３と、を有する第１照明部８と、第１光源１とは異なる色の光を発光する第２光源２と、この第２光源２により発光された光を、第１の指向特性による第１の照射範囲に含まれかつ第１の照射範囲よりも小さい第２の照射範囲となるような第２の指向特性をもって照射するための第２光学系２と、を有する第２照明部９と、を備える照明装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、白色光と、白色とは異なる色の光と、を照射し得る照明装置、画像取得装置に関する。

照明光を対象物へ照射する照明装置は、対象物を観察したり撮影したりする分野において広く用いられているが、具体的な一例を挙げれば、歯科の分野において用いられている照明装置がある。

この歯科用照明装置としては、従来より、特定色温度（例えば５０００Ｋ°）の蛍光ランプを使用するものがある。こうした歯科用照明装置は、歯科医や歯科技工士が天然歯と人工歯とを比較して評価するための、いわゆるシェイドテイキングに用いられている。

そこで、このシェイドテイキングに用いるのにより適切な歯科用照明装置が、例えば特開２００３−７４７８号公報に記載されている。この公報に記載された歯科用照明装置は、発光色の異なる２種類以上の光源（具体的には、色温度の異なる３種類の蛍光ランプ）を使用してシェードテイキングライトとしたものである。さらに、該公報には、黄色からオレンジ色まで色相をなす歯の色の補色を発光することができるように、青色発光ダイオードを備える技術も記載されている。

また、実用新案登録第３０８４１７８号には、光源として複数のＬＥＤを用いる無影灯が記載されていて、さらに、複数のＬＥＤを異なる波長の光を発光するＬＥＤから構成することも記載されている。
特開２００３−７４７８号公報 実用新案登録第３０８４１７８号

ところで、歯科において観察したり撮影したりする対象となるのは、黄色からオレンジ色の色相をなす歯のみではなく、赤色の色相をなす歯肉等も含まれている。しかしながら、上述した特開２００３−７４７８号公報に記載の技術は、歯牙のシェイドテイキングに着目したものであって、歯肉に関しては考慮されていなかった。従って、歯牙を観察したり撮影したりしたときに、同時に観察され画像として撮像される歯肉は必ずしも適切な好ましい色になるとは限らなかった。それどころか、該公報に記載の技術では、青色発光ダイオードによる光をどのような指向性をもって照射するかが記載されていないために、歯の色の補色の光が歯肉に照射されると、不適切な色になってしまうことになる。

同様に、上述した実用新案登録第３０８４１７８号に記載の技術は、照明を行う対象物に色の異なる複数の部位があることを考慮したものとはなっておらず、当然にして各部位毎に好ましい色になるように照明することはできるものではなかった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、色の異なる複数の部位を備える対象物を、それぞれの色が好ましい色になるように照明することができる照明装置および照明装置を備える画像取得装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、第１の発明による照明装置は、白色光を発光する第１の光源と、上記第１の光源により発光された白色光を第１の指向特性をもって照射するための第１の光学系と、を有する第１の照明部と、上記第１の光源とは異なる色の光を発光する第２の光源と、上記第２の光源により発光された光を、上記第１の指向特性による第１の照射範囲に含まれかつ該第１の照射範囲よりも小さい第２の照射範囲となるような第２の指向特性をもって照射するための第２の光学系と、を有する第２の照明部と、を具備したものである。

また、第２の発明による照明装置は、上記第１の発明による照明装置において、上記第１の指向特性による照射方向と、上記第２の指向特性による照射方向と、の少なくとも一方を変更するための照明可動部をさらに具備したものである。

さらに、第３の発明による照明装置は、上記第１の発明による照明装置において、上記第１の照明部および上記第２の照明部から照明を行う対象となる対象物までの距離を測定するための測距部と、上記測距部により測定された距離情報に基づいて、上記第１の照明部および上記第２の照明部から上記対象物までの距離に依ることなく上記第１の照射範囲および上記第２の照射範囲が一定となるように、上記第１の指向特性および上記第２の指向特性を変更する指向特性変更部と、をさらに具備したものである。

第４の発明による照明装置は、上記第１の発明による照明装置において、上記第１の照明部により照射する光の強度と、上記第２の照明部により照射する光の強度と、の少なくとも一方を制御するための照射光強度制御部をさらに具備したものである。

第５の発明による照明装置は、上記第１の発明による照明装置において、上記第２の照明部により照射される光が、照明を行う対象となる対象物の特定部位の分光反射率が前記対象物の前記特定部位以外で前記第１の照射範囲に属する部位の分光反射率より高い帯域に強度ピークをもつ光である。

第６の発明による画像取得装置は、上記第１の発明による照明装置と、上記照明装置により照明された対象物を撮像して画像信号を取得するための撮像装置と、を具備したものである。

第７の発明による画像取得装置は、上記第６の発明による画像取得装置において、上記照明装置が、上記第１の指向特性による照射方向と、上記第２の指向特性による照射方向と、の少なくとも一方を変更するための照明可動部をさらに有するものである。

第８の発明による画像取得装置は、上記第６の発明による画像取得装置において、上記照明装置が、上記第１の照明部および上記第２の照明部から照明を行う対象となる対象物までの距離を測定するための測距部と、上記測距部により測定された距離情報に基づいて、上記第１の照明部および上記第２の照明部から上記対象物までの距離に依ることなく上記第１の照射範囲および上記第２の照射範囲が一定となるように、上記第１の指向特性および上記第２の指向特性を変更する指向特性変更部と、をさらに有するものである。

第９の発明による画像取得装置は、上記第６の発明による画像取得装置において、上記照明装置が、上記第１の照明部により照射する光の強度と、上記第２の照明部により照射する光の強度と、の少なくとも一方を制御するための照射光強度制御部をさらに有するものである。

第１０の発明による画像取得装置は、上記第６の発明による画像取得装置において、上記照明装置が、上記第２の照明部により照射する光が照明を行う対象となる対象物の特定部位の分光反射率が前記対象物の前記特定部位以外で前記第１の照射範囲に属する部位の分光反射率より高い帯域に強度ピークをもつ光となるように構成されたものである。

第１１の発明による画像取得装置は、上記第６の発明による画像取得装置において、上記撮像装置が、光学像を画像信号に変換するための撮像部と、この撮像部に結像する光学像を自動的に合焦するための自動合焦部と、を有するものである。

第１２の発明による画像取得装置は、上記第６の発明による画像取得装置において、上記撮像装置により取得された画像信号を信号処理して表示可能な映像信号を生成する信号処理部と、上記信号処理により生成された映像信号を表示する表示部と、をさらに具備したものである。

第１３の発明による画像取得装置は、上記第６の発明による画像取得装置において、上記撮像装置が、画像の撮像範囲を変更して変更した撮像範囲に応じた倍率情報を出力する可変倍率部を有するものであり、上記照明部は、上記可変倍率部からの倍率情報に基づいて、上記第１の照明部による上記第１の照射範囲が、上記撮像範囲を含み、かつ該撮像範囲よりも所定値以上広くなることがないように、上記第１の指向特性を変更する指向特性変更部をさらに有するものである。

本発明の照明装置、画像取得装置によれば、色の異なる複数の部位を備える対象物を、それぞれの色が好ましい色になるように照明することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

［実施形態１］
図１から図１０は本発明の実施形態１を示したものであり、図１は照明装置と撮像装置とを備える画像取得装置の構成を示す図、図２は第１光源と第２光源の発光スペクトルを示す線図、図３は第２光源の発光スペクトルを決定する方法を説明するための線図、図４は対象物の特定部位以外の部位の反射スペクトルの帯域の外に第２光源の発光スペクトルを設定する例を示す線図、図５は歯牙観察における第２光源の発光スペクトルの設定例を示す線図、図６は対象物の特定部位の反射スペクトルの帯域が特定部位以外の部位の反射スペクトルの帯域よりも長波長側であるときの第２光源の反射スペクトルの設定例を示す図、図７は第１照明部と第２照明部の指向特性を示す線図、図８は対象物としての歯牙および歯肉を示す図、図９は第１照明部および第２照明部により対象物の位置に構成される照明スポットの様子を示す図、図１０は対象物としての歯牙および歯肉に第１照明部および第２照明部による照明スポットが照射されている様子を示す図である。

本実施形態は、対象物としての歯牙および歯肉に照明光を照射して撮像を行う歯科用の照明装置およびこの照明装置を備える画像取得装置に関する実施形態となっている。

この画像取得装置は、図１に示すように、照明装置と、撮像装置と、を備えて構成されている。

照明装置は、第１光源１および第１光学系３を備える第１照明部８と、第２光源２および第２光学系４を備える第２照明部９と、これら第１照明部８および第２照明部９を制御するための照明制御部５と、を備えている。

また、撮像装置は、対象物を動画像や静止画像として撮像するための撮像ユニット６と、この撮像ユニット６を制御する撮像ユニット制御部７と、を備えている。

一方、照明装置により照明を行い撮像装置により撮像を行う対象物は、色の異なる複数の部位を有して構成されたものである。本実施形態においては、対象物は、図８、図１０、および図１等に示すように、白色に近いが黄色からオレンジ色の傾向をもつ歯牙２２および赤色から暗赤色の傾向をもつ歯肉２１となっている。なお、対象物は、歯肉２１および歯牙２２に限られるものではない。

第１光源１は、例えば図２のスペクトルＳＰ１に示すような白色光を発光するものである。

第２光源２は、例えば図２のスペクトルＳＰ２に示すような光、つまり、第１光源１が発光する光とは異なる色の光であって、第１光源１のスペクトルＳＰ１の幅に対して帯域幅の狭いピーク（強度ピーク）を（少なくとも１つ）もつ狭帯域光を例えば発光するものである。

ここで、第２光源２により発光される光のスペクトルは、例えば次のような原理に基づいて決定されている。

まず、図３を参照して、第２光源２の発光スペクトルを決定する方法について説明する。なお、この図３を含む、図３〜図６においては、縦軸および横軸に数値を記していないが、概略、図２に準ずるものとする。

色の異なる複数の部位を備える対象物を、それぞれの色がより好ましい色となるように照明するためには、対象物の特定部位以外の部位を適切な色となるように（例えば白色光で）照明するとともに、特定部位が特定部位以外の部位とは明確に異なる色で（つまり、色コントラストが高い状態で）照明することが望ましい。ここに、色コントラストが高いとは、具体的には、特定部位と特定部位以外の部位との色差が大きいことを意味する。従って、第２光源２の発光スペクトルは、特定部位以外の部位の色相にあまり影響を与えないようにしながら、特定部位特有の色相を明確化することを観点に決定される。

ここに、特定部位以外の部位の反射スペクトル（分光反射率）をＲＳＰ１、特定部位の反射スペクトル（分光反射率）をＲＳＰ２としたときに、対象物の反射スペクトルが、例えば図３に示すようなものであったとする。この図３に示す例では、特定部位以外の部位は広い帯域の波長の光を反射する特性であるのに対して、特定部位は短波長側の狭い帯域の波長の光を反射する特性となっている。そして、これらの反射スペクトルを比較すると、特定部位の反射スペクトルＲＳＰ２は、そのピーク近傍において、特定部位以外の部位の反射スペクトルＲＳＰ１よりも高い強度値をとっている。

従って、第２光源２により発光される光が、対象物の特定部位の分光反射率が特定部位以外の部位（ただし、第１の照明部８により照明される範囲に属する部位であって、特定部位を除外した部位）の分光反射率よりも高い強度値をとる帯域に強度ピークをもつ光となるようにすれば、特定部位と特定部位以外の部位との色差を拡大することができる。このとき、特定部位と特定部位以外の部位との色差を効率的に拡大するためには、第２光源２により発光される光の強度ピークが、対象物の特定部位の分光反射率と、上述した特定部位以外の部位の分光反射率と、の差が最大になる波長の近傍に設定されていることが好ましい。

このような例が、図３に示す第２光源２の発光スペクトルＳＰ２である。なお、ＳＰ１は、第１光源１の発光スペクトルを示している。

上述したような、特定部位と特定部位以外の部位との色差の拡大は、第２光源２の発光スペクトルを、対象物の特定部位以外の部位の反射スペクトルの帯域の外に設定可能である場合にはより効率的に行うことができる。このような例を示すのが図４である。

この図４に示す例においては、特定部位の反射スペクトルＲＳＰ２と、特定部位以外の部位の反射スペクトルＲＳＰ１とは、実効的な強度値をもつ帯域が分離されている。すなわち、特定部位の反射スペクトルＲＳＰ２において実効的な強度値をもつ帯域では、特定部位以外の部位の反射スペクトルＲＳＰ１の強度値は実効的に０となっている。対象物の分光反射率特性がこの図４に示すような例である場合には、特定部位以外の部位の反射スペクトルＲＳＰ１の帯域外であって、特定部位の反射スペクトルＲＳＰ２の帯域内に第２光源２の発光スペクトルＳＰ２を設定することにより、色差を効率的に拡大することができる。なぜならば、第２光源２から発光した光は、特定部位からは反射されるが、特定部位以外の部位からは反射されないからである。このときさらに、第２光源２により発光される光の強度ピークを、対象物の特定部位の分光反射率が最大になる波長の近傍に設定した方が良いのは上述と同様である。

次に、図５は、対象物が歯肉２１および歯牙２２であって、特定部位が歯牙２２であり、特定部位以外の部位が歯肉２１である場合（すなわち、本実施形態において主に説明しているケース）の、第２光源２の発光スペクトルの設定例を示している。

特定部位である歯牙２２は、上述したように、黄色からオレンジ色の傾向をもつ白色であるが、この図５に示す分光反射率スペクトルＲＳＰ２を見れば分かるように、短い波長の青色の帯域にも反射光強度をもっている。一方、特定部位以外の部位である歯肉２１は、図５の分光反射率スペクトルＲＳＰ１に概略を示すように、主に長い波長である赤色の帯域に反射光強度をもっている。

上述したように、第２光源２により発光される光のスペクトルは、歯牙２２の分光反射率の値が歯肉２１の分光反射率の値よりも高くなる波長帯域に強度ピークを有するように設定すれば良いが、対象物がこの図５に示すような分光反射率を有するものである場合には、全ての可視光域において歯牙２２の分光反射率の値が歯肉２１の分光反射率の値よりも高いために、原理的には任意の帯域に設定可能である。しかしながら、特定部位である歯牙２２と特定部位以外の部位である歯肉２１との色差を効率的に拡大するためは、上述したように、歯肉２１の分光反射率の波長帯域外になるように第２光源２の発光スペクトルを設定することが好ましい。このような好ましい設定例を示すのが図５である。すなわち、第２光源２により発光される光を、この図５のスペクトルＳＰ２、あるいは数値的により詳しくは図２のスペクトルＳＰ２に示すような、青色の狭帯域光に設定すれば良いことになる。

なお、上述したように、対象物は、歯肉２１および歯牙２２に限られるものではない（すなわち、本実施形態の技術の適用範囲は、歯牙観察に限るものではない）。図６は対象物の特定部位の反射スペクトルの帯域が特定部位以外の部位の反射スペクトルの帯域よりも長波長側であるときの第２光源２の反射スペクトルの設定例を示している。

この図６に示す例においては、特定部位以外の部位の反射スペクトルＲＳＰ１の帯域が例えば緑色から青色にかけての帯域であるとすると、特定部位の反射スペクトルＲＳＰ２の帯域はより長波長側の例えば赤色の帯域となっている。この図６に示す例においては、さらに、特定部位の反射スペクトルＲＳＰ２の実効的な強度値をもつ帯域と、特定部位以外の部位の反射スペクトルＲＳＰ１の実効的な強度値をもつ帯域とが分離されている。

対象物がこの図６に示すようなものである場合には、第２光源２により発光される光を、特定部位以外の部位の反射スペクトルＲＳＰ１の帯域外の帯域を有するように（すなわち、第２光源２により発光される光が全て反射スペクトルＲＳＰ１の帯域外にある必要はない（ただし、第２光源２により発光される光が全て反射スペクトルＲＳＰ１の帯域外となる方が好ましい））、かつ、特定部位の反射スペクトルＲＳＰ２の強度値が最大となる波長位置に強度ピークを有するように設定すると良い。

再び図１を参照しながら、構成の説明を続ける。

第１光学系３は、第１光源１により発光された白色光を図７の曲線ＯＲ１に示すような第１の指向特性をもって照射するためのものである。

第２光学系４は、第２光源２により発光された狭帯域光を、対象物の位置において、上述した第１の指向特性による第１の照射範囲に含まれる第２の照射範囲となるような第２の指向特性をもって照射するためのものである。具体的には、第２の指向特性は、図７の曲線ＯＲ２に示すように、第１の指向特性によるスポット径よりも小さいスポット径となるように光を照射する指向特性となっている。ここに、スポット径は、所定値以上の明るさ強度が得られる範囲として捉えることができる。

照明制御部５は、第１光源１と第２光源２とに電力を供給して、これらを制御しながら発光を行わせるものである。

撮像ユニット６は、上述したような照明装置により照明された対象物を撮像して、画像信号を取得するためのものである。すなわち、撮像ユニット６は、撮像光学系や撮像素子を備えて構成され、撮像光学系により対象物の光学像を撮像素子上に結像して、撮像素子により光学像の光電変換を行い、画像信号として出力する。

撮像ユニット制御部７は、撮像ユニット６を制御して撮像を行わせ、画像信号を取得するものである。

次に、照明装置による対象物の照明について、図８から図１０を参照して説明する。

対象物である歯牙２２および歯肉２１は、撮像ユニット６側から見ると、図８に示すような形状をなしている。

このような対象物に対して、第１照明部８と第２照明部９とを用いて、図９に示すような、第１の照射範囲１１の白色照明スポットと、第２の照射範囲１２の狭帯域照明スポットと、による照明を行う。ここに、第１照明部８および第２照明部９は、対象物の位置において、第２の照射範囲１２が第１の照射範囲１１に含まれるように照明を行っている。

そして、このような照明スポットにより照明されている対象物の様子を示すのが図１０である。

今、着目している歯牙２２に対しては、白色光と狭帯域光との両方が照射され、つまり混色領域（加法混色領域）となっている。一方、着目している歯牙２２以外の歯牙２２および歯肉２１は、白色光による照明が行われている。このとき、加法混色領域では、それ以外の領域に比べて、青色の帯域を有する光が多く照射されることになる。この青色の帯域における分光反射率は、歯肉２１に比べて歯牙２２において高くなっているので、青色の反射光は、歯肉２１に比べて歯牙２２から多く反射する。すなわち、分光反射率が歯肉２１よりも歯牙２２において高い帯域を有する光は、狭帯域光が照射された第２の照射範囲のうち、着目している歯牙２２から多く反射する。これにより、着目している歯牙２２と歯肉２１との色差が向上するので、両者の色コントラストは高くなる。

なお、上述では照射範囲１１，１２がほぼ円形となるようにしているが、もちろんこれに限るものではなく、その他の形状となるようにしても良い。例えば、白色光の照射範囲１１は円形をなすが、狭帯域光の照射範囲１２は横長の矩形状（あるいは横長の楕円状）をなすようにして、着目する歯牙２２以外の歯牙２２についても白色光と狭帯域光との両方が照射されるようにしても良い。

また、上述では、第２照明部９により照射される光が狭帯域光であるとして説明したが、これに限るものではなく、例えば対象物の特定部位の色を強調するような（つまり、対象物の特定部位とほぼ同じ色相をもっていて、特定部位の彩度を上げるような）色を有する広帯域光等であっても構わない。

さらに、上述では、第２照明部９を１つだけ設けているが、対象物を構成する各部位の色数等に応じて、白色光と異なる色の光を照射する照明部を複数設けても良いことはもちろんである。

このような実施形態１によれば、対象物の特定部位と他の部位との色コントラストを向上させるように照明することができる。この結果、色の異なる複数の部位を備える対象物を、それぞれの色がより好ましい色となるように照明することができる。

［実施形態２］
図１１から図１４は本発明の実施形態２を示したものであり、図１１は照明装置と撮像装置とを備える画像取得装置の構成を示す図、図１２は第１の照射範囲の中央に第２の照射範囲が位置する様子を示す図、図１３は第１の照射範囲の右上に第２の照射範囲が位置する様子を示す図、図１４は第１の照射範囲の左下に第２の照射範囲が位置する様子を示す図である。

この実施形態２において、上述の実施形態１と同様である部分については同一の符号を付して説明を省略し、主として異なる点についてのみ説明する。

この実施形態２は、第１照明部８および第２照明部９を可動式として、第１の指向特性による照射方向と、第２の指向特性による照射方向と、を相対的に変更することができるようにしたものとなっている。

すなわち、第１の照明部８には第１の指向特性による照射方向を変更するための照明可動部１５が、第２の照明部９には第２の指向特性による照射方向を変更するための照明可動部１６が、それぞれ設けられている。ここに、照明可動部１５，１６は、ボールジョイントやヒンジ等で構成された手動式のものであっても良いし、駆動源の駆動力に基づき照射方向を変更するような電動式のものであっても構わない。

そして、このような照明可動部１５，１６を用いることにより、図１２〜図１４に示すように、第１の照射範囲１１中の混色領域となる第２の照射範囲１２の位置を、任意に変えることができるようになっている。

なお、上述では、第１の照明部８と第２の照明部９との両方に照明可動部を設けて、それぞれが独立に照射方向を変更することができるようにしたが、これに限るものではなく、例えば何れか一方にのみ照明可動部を設けるようにすることも可能である。この場合であっても、照射方向を相対的に変更することが可能であり、絶対的な照射方向の変更は照明装置全体（あるいは画像取得装置全体）の方向を変更すれば足りるためである。

このような実施形態２によれば、上述した実施形態１とほぼ同様の効果を奏するとともに、第１の照射範囲内における第２の照射範囲の位置を任意に変更することができるために、対象物を構成する複数色の分布に応じた最適な照明を行うことが可能となる。

［実施形態３］
図１５から図１８は本発明の実施形態３を示したものであり、図１５は照明装置と撮像装置とを備える画像取得装置の構成を示す図、図１６は対象物が照明装置から近距離にあるときの第１照明部および第２照明部の指向特性の様子を模式的に示す図、図１７は対象物が照明装置から中距離にあるときの第１照明部および第２照明部の指向特性の様子を模式的に示す図、図１８は対象物が照明装置から遠距離にあるときの第１照明部および第２照明部の指向特性の様子を模式的に示す図である。

この実施形態３において、上述の実施形態１，２と同様である部分については同一の符号を付して説明を省略し、主として異なる点についてのみ説明する。

この実施形態３は、第１照明部８，第２照明部９に第１，第２指向特性変更部３２，３３をそれぞれ設けて、照明装置から対象物までの距離が異なっても、ほぼ同一の照明を行うことができるようにしたものである。

すなわち、第１光源１から照射される白色光の光路上には第１指向特性変更部３２が、第２光源２から照射される狭帯域光の光路上には第２指向特性変更部３３が、それぞれ設けられている。ここに、図１５に示す例においては、これらの第１指向特性変更部３２および第２指向特性変更部３３が例えばズーム光学系として構成されたものとなっている。

また、本実施形態の照明装置は、測距部３１を備えており、第１照明部８および第２照明部９から対象物までの距離を測定することができるようになっている。

この測距部３１により測定して得られた距離情報は、第１，第２指向特性変更部３２，３３へ伝達される。

第１，第２指向特性変更部３２，３３は、伝達された距離情報に基づいて、図１６〜図１８に示すように、対象物までの距離に関わらず、ほぼ同一の照射範囲の照明を行うことができるように指向特性を変更する。

すなわち、第１，第２指向特性変更部３２，３３は、対象物が照明装置から近距離にあるときには、図１６に第１の照射角度範囲１１ａおよび第２の照射角度範囲１２ａとして示すように、比較的広い角度範囲の指向特性に変更する。

また、第１，第２指向特性変更部３２，３３は、対象物が照明装置から中距離にあるときには、図１７に第１の照射角度範囲１１ａおよび第２の照射角度範囲１２ａとして示すように、中程度の角度範囲の指向特性に変更する。

さらに、第１，第２指向特性変更部３２，３３は、対象物が照明装置から遠距離にあるときには、図１８に第１の照射角度範囲１１ａおよび第２の照射角度範囲１２ａとして示すように、比較的狭い角度範囲の指向特性に変更する。

これら図１６〜図１８の何れに場合にも、第１，第２指向特性変更部３２，３３は、上述した第１の照射角度範囲１１ａおよび第２の照射角度範囲１２ａによる対象物の位置における第１の照射範囲１１と第２の照射範囲１２とが略同一となるように、指向特性の制御を行っている。具体的には、第１の被写体距離をｄ１、第１の被写体距離における照射角度の半分をθ１とし、第２の被写体距離をｄ２、第１の被写体距離における照射角度の半分をθ２とすると、第１照明部８および第２照明部９の何れについても、
ｄ１・ｔａｎθ１＝ｄ２・ｔａｎθ２
が満たされるように指向特性を変更するようになっている。

なお、上述では、第１指向特性変更部３２と第２指向特性変更部３３とをそれぞれ別個に設けたが、照明光学系を工夫して例えばハーフミラーを用いる等により、第１光学系３による照明光軸と第２光学系４による照明光軸とが一致するような照明を行うことができる場合には、１つの指向特性変更部を設けるようにするだけでも構わない。

このような実施形態３によれば、上述した実施形態１とほぼ同様の効果を奏するとともに、対象物までの距離が異なっても、ほぼ同一の照明を行うことが可能となる。そして、指向特性の変更が、測距部３１により得られた距離情報に基づいて自動的に行われるために、面倒な手動操作等を要することなく、適切な照明を行うことができる。

［実施形態４］
図１９から図２２は本発明の実施形態４を示したものであり、図１９は照明装置と撮像装置とを備える画像取得装置の構成を示す図、図２０は第１光源による発光強度を強くするとともに第２光源による発光強度を弱くしたときの混色領域の様子を示す図、図２１は第１光源による発光強度を中程度にするとともに第２光源による発光強度を中程度にしたときの混色領域の様子を示す図、図２２は第１光源による発光強度を弱くするとともに第２光源による発光強度を強くしたときの混色領域の様子を示す図である。

この実施形態４において、上述の実施形態１〜３と同様である部分については同一の符号を付して説明を省略し、主として異なる点についてのみ説明する。

この実施形態４は、第１光源１による発光強度と第２光源２による発光強度とをそれぞれ独立に制御して、混色領域における混色比を所望に設定することができるようにしたものである。

すなわち、照明制御部５は、第１光源１の発光強度を制御することにより対象物へ照射する光の強度を制御するための照射光強度制御部たる第１出力制御部３５と、第２光源２の発光強度を制御することにより対象物へ照射する光の強度を制御するための照射光強度制御部たる第２出力制御部３６と、を備えて構成されている。

第１出力制御部３５と第２出力制御部３６は、例えば図示しない操作部からの入力に基づいて、第１光源１へ供給する電力を制御すると共に、第２光源２へ供給する電力を制御することにより、これら第１光源１の発光強度と第２光源２の発光強度とをそれぞれ独立に制御するようになっている。

すなわち、例えば図２０に示すように、第１出力制御部３５が第１光源１による発光強度を強くするように制御する一方で、第２出力制御部３６が第２光源２による発光強度を弱くするように制御する。なお、図２０〜図２２においては、ハッチングの間隔が狭いことが発光強度が強いことを示し、逆に、ハッチングの間隔が広いことが発光強度が弱いことを示している。

また、例えば図２１に示すように、第１出力制御部３５が第１光源１による発光強度を中程度にするように制御する一方で、第２出力制御部３６が第２光源２による発光強度を中程度にするように制御する。

さらに、例えば図２２に示すように、第１出力制御部３５が第１光源１による発光強度を弱くするように制御する一方で、第２出力制御部３６が第２光源２による発光強度を強くするように制御する。

なお、上述では、第１光源１の発光強度と第２光源２の発光強度とをそれぞれ独立に制御しているが、これに限らず、一方の発光強度のみを制御する構成であっても混色比を変えることが可能である。

また、上述では、第１光源１および第２光源２の発光強度を制御することにより、第１照明部８および第２照明部９から対象物へ向けて照射する光の強度を制御しているが、これに限るものではなく、例えば濃度を可変することができる透過型のフィルタを設けて、この透過型フィルタの濃度を制御することにより、照射する光の強度を制御するようにしても構わない。ただし、構成が簡単で消費電力を少なくすることができるという観点からは、光源の発光強度を制御する方法の方が優れているといえる。

このような実施形態４によれば、上述した実施形態１とほぼ同様の効果を奏するとともに、混色領域の混色比を任意に変更することが可能となるために、対象物の特定部位である例えば歯牙２２が、黄色に近い色であるか、オレンジ色に近い色であるか、等に応じて、より適切な色となるように照明することが可能になる。

［実施形態５］
図２３、図２４は本発明の実施形態５を示したものであり、図２３は照明装置と撮像装置とを備える画像取得装置の構成を示す図、図２４は撮像ユニットの構成をより詳しく示すブロック図である。

この実施形態５において、上述の実施形態１〜４と同様である部分については同一の符号を付して説明を省略し、主として異なる点についてのみ説明する。

この実施形態５は、照明の制御を操作に応じて行い、撮像ユニット６に自動合焦機能を備えさせると共に、撮像して得られた画像を表示するようにしたものである。

すなわち、図２３に示すように、照明制御部５には操作部４１からの操作信号が入力されるようになっている。ここに、操作部４１により操作可能な制御としては、例えば上述した実施形態４において説明したような各光源１，２の光量制御や、上述した実施形態３において説明したような指向特性の変更、あるいは上述した実施形態２において説明したような照射方向の制御などが挙げられる（ただし、図２３における図示は省略している）。

撮像ユニット６は、図２４に示すように、撮像素子を含む撮像部としての撮像デバイス４４と、この撮像デバイス４４に対象物の光学像を結像する撮像光学系を焦点調節して自動合焦を行うための自動合焦部４５と、を備えて構成されていて、撮像デバイス４４により得られた画像信号（動画像信号または静止画像信号の何れでも構わないが、ここでは例えば動画像信号であるものとする）を、撮像ユニット制御部７へ出力するようになっている。

また、撮像ユニット制御部７は、信号処理部４２に接続されていて、撮像ユニット６から得られた画像信号をこの信号処理部４２へ出力するようになっている。

信号処理部４２は、撮像ユニット制御部７から入力された画像信号を信号処理して表示可能な映像信号を生成し、表示部４３へ出力するものである。

表示部４３は、信号処理部４２からの映像信号により画像を表示するものである。なお、表示部４３を複数設けて、これら複数の表示部４３により画像をそれぞれ表示するようにしても良い。

このような実施形態５によれば、上述した実施形態１とほぼ同様の効果を奏するとともに、撮像ユニット６に自動合焦部４５を設けたために、焦点調節を自動的に行うことが可能となり、手動等による調節の手間を省くことが可能となる。

また、撮像して得られた画像信号を信号処理部４２により信号処理して映像信号を生成し、表示部４３に表示するようにしたために、照明している対象物の画像を例えばリアルタイムに観察することが可能となる。

加えて、表示部４３に表示しているために、画像取得装置を操作している者のみでなく、その他の者も画像を観察することが可能となる。例えば歯科の分野においては、従来は、歯の治療を行っている歯科医師等のみが治療の経過を観察することができるが、例えば研修医等は治療前の様子と治療後の様子とを観察することができるに過ぎず、十分な教育効果を上げることが困難であった。これに対して、本実施形態の構成によれば、研修医等も治療の様子をリアルタイムに観察することが可能となって、より大きな教育効果を上げることができる。

さらに、本実施形態においては操作部４１を設けたために、照明制御部５を介した第１照明部８および第２照明部９の制御を、手動でも行うことが可能となる。

［実施形態６］
図２５は本発明の実施形態６を示したものであり、図２５は照明装置と撮像装置とを備える画像取得装置の構成を示すブロック図である。この実施形態６において、上述の実施形態１〜５と同様である部分については同一の符号を付して説明を省略し、主として異なる点についてのみ説明する。

この実施形態６は、撮像ユニット６に可変倍率部５１を設けて、この撮像ユニット６の制御を操作に応じて行うことができるようにしたものとなっている。

まず、照明装置を構成する照明ユニットは、図２５に示すように、第１照明部８と第２照明部９とを備えている。

第１照明部８は、第１光源１と、第１光学系３と、第１指向特性変更部３２と、を備えている。

第２照明部９は、第２光源２と、第１光学系４と、を備えている。

撮像ユニット６は、撮像デバイス４４と、可変倍率部５１と、を備えている。ここに、可変倍率部５１は、撮像デバイス４４に結像される光学像を変倍するもの（例えば、この撮像ユニット６の撮像光学系に含まれる変倍光学系を制御して光学像を変倍するもの）であっても構わないし、あるいは撮像デバイス４４により得られる画像信号から特定部分を切り出して拡大する電子ズームタイプのものであっても構わない。そして、撮像ユニット６は、倍率情報を照明ユニットと照明制御部５とへ出力するようになっている。

撮像ユニット制御部７は、制御信号を撮像ユニット６へ送信し、撮像ユニット６から画像信号を受信するようになっている。この撮像ユニット制御部７は、操作部５２から操作信号が入力されるようになっていて、この操作部５２により可能な操作入力として、可変倍率部５１による倍率が含まれている。

撮像ユニット制御部７は、撮像ユニット６から受信した画像信号を、信号処理部４２へ出力する。

信号処理部４２は、入力された画像信号を映像信号に変換して、表示部４３へ出力する。

表示部４３は、信号処理部４２から入力される映像信号により画像を表示する。

次に、このような構成において、変倍を行って撮像を行うときの作用について説明する。

例えば、撮像しようとしている対象物を一定の大きさで撮像したい場合などに、操作部５２から変倍情報を入力する。このときに、撮像ユニット６による撮像を行って、表示部４３に表示をしながら変倍情報を入力すれば、映像を確認しながら所望の変倍情報を入力することができる。

すると、撮像ユニット制御部７は、この変倍情報に基づいて撮像ユニット６へ制御信号を送信する。撮像ユニット６の可変倍率部５１は、この制御信号を受信すると、撮像デバイス４４上に結像される対象物の光学像を変倍する（あるいは電子ズームの場合には、撮像デバイス４４から得られる画像の一部を切り出して画像信号として出力する）。

そして、この可変倍率部５１により光学像がどれだけ変倍されたかを示す倍率情報が、照明制御部５と第１指向特性変更部３２とへ送信される。

第１指向特性変更部３２は、入力された倍率情報に基づいて、変更された撮像範囲に対応するように、第１照明部８により照明光を照射する第１の指向特性を変更する。具体的には、例えば最初に可変倍率部５１によりワイド端で撮像が行われているとすると、第１照明部８による第１の照射範囲１１はこのワイド端での撮像範囲を含む広い範囲となる。その後に、ズームアップされてより狭い画角の撮像が行われるとすると、ワイド端での第１の照射範囲１１はこのズームアップされた撮像範囲よりも広くなり過ぎて照明光が無駄になる。そこで、第１指向特性変更部３２は、入力された倍率情報に基づいて、そのときの撮像範囲をぎりぎり含む程度に照射範囲１１を狭くするように第１照明部８の指向特性を変更する。つまり、第１指向特性変更部３２は、可変倍率部５１からの倍率情報に基づいて、第１の照明部８による第１の照射範囲１１が、撮像範囲を含み、かつこの撮像範囲よりも所定値（予め定められた許容範囲を示す値）以上広くなることがないように、第１の指向特性を変更するようになっている。

また、照明制御部５は、第１指向特性変更部３２により指向特性が変更されても、対象物が同一の明るさで撮像されるように、入力された倍率情報に基づいて、第１光源１へ出力する電力を制御する（このときには、第２光源２へ出力する電力は一定で構わない。なぜならば、撮像ユニット６を変倍したときには、対象物の特定部位は変倍して撮像されるが、実際の特定部位の大きさは一定であって、第２照明部９による指向特性は変更する必要がないためである。）。

このような制御を行うことにより、撮像ユニット６の変倍に合わせた必要最小限の照明を行うことが可能となる。

なお、上述では、対象物を一定の大きさで撮像したい場合を一例としてあげたが、もちろん、所望の大きさで撮像したい場合であっても上述した技術を同様に適用することができる。

また、その他の作用は、上述した各実施形態とほぼ同様である。

このような実施形態６によれば、上述した各実施形態とほぼ同様の効果を奏するとともに、撮像ユニット６に対する変倍操作を行うだけで、変倍情報に応じた適切な指向特性（必要最小限の照射範囲）の照明を、照明装置により自動的に行うことが可能となる。これにより、面倒な操作を要することなく、無駄な電力の消費を低減することが可能となる。特に、表示部４３を介して動画像を観察する場合には、静止画像の場合と異なり照明光を継続して照射する必要があるために、消費電力低減の効果を大きく得ることができる。

そして、撮像ユニット６により撮像を行い表示部４３により表示を行いながら変倍操作を実行することができるために、映像を実際に確認しながら操作性良く変倍操作を行うことが可能となる。

なお、本発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。このように、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることは勿論である。

本発明の実施形態１における照明装置と撮像装置とを備える画像取得装置の構成を示す図。 上記実施形態１における第１光源と第２光源の発光スペクトルを示す線図。 上記実施形態１において、第２光源の発光スペクトルを決定する方法を説明するための線図。 上記実施形態１において、対象物の特定部位以外の部位の反射スペクトルの帯域の外に第２光源の発光スペクトルを設定する例を示す線図。 上記実施形態１において、歯牙観察における第２光源の発光スペクトルの設定例を示す線図。 上記実施形態１において、対象物の特定部位の反射スペクトルの帯域が特定部位以外の部位の反射スペクトルの帯域よりも長波長側であるときの第２光源の反射スペクトルの設定例を示す図。 上記実施形態１における第１照明部と第２照明部の指向特性を示す線図。 上記実施形態１において、対象物としての歯牙および歯肉を示す図。 上記実施形態１における第１照明部および第２照明部により対象物の位置に構成される照明スポットの様子を示す図。 上記実施形態１において、対象物としての歯牙および歯肉に第１照明部および第２照明部による照明スポットが照射されている様子を示す図。 本発明の実施形態２における照明装置と撮像装置とを備える画像取得装置の構成を示す図。 上記実施形態２において、第１の照射範囲の中央に第２の照射範囲が位置する様子を示す図。 上記実施形態２において、第１の照射範囲の右上に第２の照射範囲が位置する様子を示す図。 上記実施形態２において、第１の照射範囲の左下に第２の照射範囲が位置する様子を示す図。 本発明の実施形態３における照明装置と撮像装置とを備える画像取得装置の構成を示す図。 上記実施形態３において、対象物が照明装置から近距離にあるときの第１照明部および第２照明部の指向特性の様子を模式的に示す図。 上記実施形態３において、対象物が照明装置から中距離にあるときの第１照明部および第２照明部の指向特性の様子を模式的に示す図。 上記実施形態３において、対象物が照明装置から遠距離にあるときの第１照明部および第２照明部の指向特性の様子を模式的に示す図。 本発明の実施形態４における照明装置と撮像装置とを備える画像取得装置の構成を示す図。 上記実施形態４において、第１光源による発光強度を強くするとともに第２光源による発光強度を弱くしたときの混色領域の様子を示す図。 上記実施形態４において、第１光源による発光強度を中程度にするとともに第２光源による発光強度を中程度にしたときの混色領域の様子を示す図。 上記実施形態４において、第１光源による発光強度を弱くするとともに第２光源による発光強度を強くしたときの混色領域の様子を示す図。 本発明の実施形態５における照明装置と撮像装置とを備える画像取得装置の構成を示す図。 上記実施形態５における撮像ユニットの構成をより詳しく示すブロック図。 本発明の実施形態６における照明装置と撮像装置とを備える画像取得装置の構成を示すブロック図。

符号の説明

１…第１光源
２…第２光源
３…第１光学系
４…第２光学系
５…照明制御部
６…撮像ユニット（撮像装置）
７…撮像ユニット制御部（撮像装置）
８…第１照明部
９…第２照明部
１１…第１の照射範囲
１１ａ…第１の照射角度範囲
１２…第２の照射範囲
１２ａ…第２の照射角度範囲
１５，１６…照明可動部
２１…歯肉（対象物）
２２…歯牙（対象物の特定部位）
３１…測距部
３２…第１指向特性変更部
３３…第２指向特性変更部
３５…第１出力制御部（照射光強度制御部）
３６…第２出力制御部（照射光強度制御部）
４１…操作部
４２…信号処理部
４３…表示部
４４…撮像デバイス（撮像部）
４５…自動合焦部
５１…可変倍率部
５２…操作部

Claims (13)

1. 白色光を発光する第１の光源と、上記第１の光源により発光された白色光を第１の指向特性をもって照射するための第１の光学系と、を有する第１の照明部と、
   上記第１の光源とは異なる色の光を発光する第２の光源と、上記第２の光源により発光された光を、上記第１の指向特性による第１の照射範囲に含まれかつ該第１の照射範囲よりも小さい第２の照射範囲となるような第２の指向特性をもって照射するための第２の光学系と、を有する第２の照明部と、
   を具備したことを特徴とする照明装置。
2. 上記第１の指向特性による照射方向と、上記第２の指向特性による照射方向と、の少なくとも一方を変更するための照明可動部をさらに具備したことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 上記第１の照明部および上記第２の照明部から、照明を行う対象となる対象物までの距離を測定するための測距部と、
   上記測距部により測定された距離情報に基づいて、上記第１の照明部および上記第２の照明部から上記対象物までの距離に依ることなく上記第１の照射範囲および上記第２の照射範囲が一定となるように、上記第１の指向特性および上記第２の指向特性を変更する指向特性変更部と、
   をさらに具備したことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
4. 上記第１の照明部により照射する光の強度と、上記第２の照明部により照射する光の強度と、の少なくとも一方を制御するための照射光強度制御部をさらに具備したことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
5. 上記第２の照明部により照射される光は、照明を行う対象となる対象物の特定部位の分光反射率が前記対象物の前記特定部位以外で前記第１の照射範囲に属する部位の分光反射率より高い帯域に強度ピークをもつ光であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
6. 請求項１に記載の照明装置と、
   上記照明装置により照明された対象物を撮像して画像信号を取得するための撮像装置と、
   を具備したことを特徴とする画像取得装置。
7. 上記照明装置は、上記第１の指向特性による照射方向と、上記第２の指向特性による照射方向と、の少なくとも一方を変更するための照明可動部をさらに有するものであることを特徴とする請求項６に記載の画像取得装置。
8. 上記照明装置は、
   上記第１の照明部および上記第２の照明部から、照明を行う対象となる対象物までの距離を測定するための測距部と、
   上記測距部により測定された距離情報に基づいて、上記第１の照明部および上記第２の照明部から上記対象物までの距離に依ることなく上記第１の照射範囲および上記第２の照射範囲が一定となるように、上記第１の指向特性および上記第２の指向特性を変更する指向特性変更部と、
   をさらに有するものであることを特徴とする請求項６に記載の画像取得装置。
9. 上記照明装置は、上記第１の照明部により照射する光の強度と、上記第２の照明部により照射する光の強度と、の少なくとも一方を制御するための照射光強度制御部をさらに有するものであることを特徴とする請求項６に記載の画像取得装置。
10. 上記照明装置は、上記第２の照明部により照射する光が、照明を行う対象となる対象物の特定部位の分光反射率が前記対象物の前記特定部位以外で前記第１の照射範囲に属する部位の分光反射率より高い帯域に強度ピークをもつ光となるように構成されたものであることを特徴とする請求項６に記載の画像取得装置。
11. 上記撮像装置は、光学像を画像信号に変換するための撮像部と、この撮像部に結像する光学像を自動的に合焦するための自動合焦部と、を有するものであることを特徴とする請求項６に記載の画像取得装置。
12. 上記撮像装置により取得された画像信号を信号処理して表示可能な映像信号を生成する信号処理部と、
    上記信号処理により生成された映像信号を表示する表示部と、
    をさらに具備したことを特徴とする請求項６に記載の画像取得装置。
13. 上記撮像装置は、画像の撮像範囲を変更して、変更した撮像範囲に応じた倍率情報を出力する可変倍率部を有するものであり、
    上記照明部は、上記可変倍率部からの倍率情報に基づいて、上記第１の照明部による上記第１の照射範囲が、上記撮像範囲を含み、かつ該撮像範囲よりも所定値以上広くなることがないように、上記第１の指向特性を変更する指向特性変更部をさらに有するものであることを特徴とする請求項６に記載の画像取得装置。

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