JP2015073153A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被検体に直線偏光を照射し、反射光を平行ニコルと垂直ニコルの状態に切替えて撮像可能な撮像装置を小型化する。【解決手段】撮像装置１０は第１の偏光子１７と第２の偏光子１９と光源部１６と撮像素子２２とを有する。第１の偏光子１７および第２の偏光子１９は少なくとも一方が回動可能に支持される。第１の偏光子１７および第２の偏光子１９は互いに平行ニコルおよび垂直ニコルの何れかの関係に切替可能である。光源部１６は照明光を出射する。照明光は第１の偏光子１７によって直線偏光となって被検体全体を均質に照明する。撮像素子２２は第２の偏光子によって直線偏光となる被検体の光学像を撮像する。【選択図】図２

Description

本発明は、被検体に直線偏光を照射し、反射光を少なくとも平行ニコルおよび垂直ニコルな状態に切替えて撮像可能な撮像装置に関する。

被検体に直線偏光を照射し、反射光を平行ニコルおよび垂直ニコルな状態に切替えて観察可能な観察装置（撮像装置）が知られている（特許文献１参照）。このような観察装置（撮像装置）では、平行ニコルな状態において被検体の表面の凹凸模様を鮮明に観察可能であり、垂直ニコルな状態において被検体、特に生体の内部構造（シミ）を観察可能である。

特開２００８−１７３９６号公報

撮像装置の小型化が求められているが、特許文献１における観察装置（撮像装置）では、さらなる小型化が困難であった。

したがって、かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、被検体に直線偏光を照射し、反射光を少なくとも平行ニコルおよび垂直ニコルな状態に切替えて撮像する撮像装置を小型化することである。

上述した諸課題を解決すべく、第１の観点による撮像装置は、
少なくとも一方が回動可能に支持され、互いに平行ニコルおよび垂直ニコルのいずれかの関係に切替え可能な第１の偏光子および第２の偏光子と、
前記第１の偏光子によって直線偏光となる、被検体全体を均質に照明する照明光を出射する光源部と、
前記第２の偏光子によって直線偏光となる、前記被検体の光学像を撮像する撮像素子とを備える
ことを特徴とするものである。

また、第２の観点による撮像装置では、
前記光源部が出射する前記照明光の中で、前記被検体の反射光以外の光成分の前記撮像素子への入射を遮る遮光部を更に備える
ことが好ましい。

また、第３の観点による撮像装置では、
前記遮光部は入射する光を減衰させる
ことが好ましい。

また、第４の観点による撮像装置では、
前記回動可能に支持される第１の偏光子および第２の偏光子に設けられ、回転位置を検出する回転位置検出センサを更に備える
ことが好ましい。

また、第５の観点による撮像装置では、
前記光源部は、前記第１の偏光子および前記第２の偏光子が垂直ニコルの関係にあるときに、平行ニコルの関係にあるときに比べて、前記照明光の光量を大きくする
ことが好ましい。

また、第６の観点による撮像装置では、
前記光源部は複数の光源を有し、前記第１の偏光子および前記第２の偏光子が垂直ニコルの関係にあるときに、前記光源部は平行ニコルの関係にあるときに発光するように定められた一部の前記光源に加えて、他の光源からも発光させる
ことが好ましい。

また、第７の観点による撮像方法は、
少なくとも一方が回動可能に支持され、互いに平行ニコルおよび垂直ニコルのいずれかの関係に切替え可能な第１の偏光子および第２の偏光子と、前記第１の偏光子によって直線偏光となる、被検体全体を均質に照明する照明光を出射する光源部と、前記第２の偏光子によって直線偏光となる、前記被検体の光学像を撮像する撮像素子とを備える撮像装置を用いた生体組織の撮像方法であって、
前記生体組織の表面を観察するときに、前記第１の偏光子および前記第２の偏光子を平行ニコルの関係に切替えて撮像し、
前記生体の表面内部を観察するときに、前記第１の偏光子および前記第２の偏光子を垂直ニコルの関係に切替えて撮像する
ことを特徴とするものである。

上記のように構成された本発明に係る撮像装置によれば、被検体に直線偏光を照射し、反射光を少なくとも平行ニコルおよび垂直ニコルな状態に切替えて撮像する撮像装置において小型化が可能である。

本発明の一実施形態に係る撮像装置の外観図である。 撮像装置の内部構成を示す構造図である。 第２の実施形態における光源部におけるチップＬＥＤ光源の配置を示す配置図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

まず、本発明の第１の実施形態に係る撮像装置について説明する。図１は、本実施形態に係る撮像装置の外観図である。

図１に示すように、撮像装置１０は、カメラ部１１および把持部１２を連結させることにより構成される。カメラ部１１は、被検体に接触させる接触面１３を有する。接触面１３の中央には孔部１４が形成されており、カメラ部１１は孔部１４から入射する光学像を撮像可能である。把持部１２は、接触面１３の反対側においてカメラ部１１に連結される。撮像装置１０では接触面１３を肌などの被検体に当接させた状態で撮像することを想定しており、把持部１２は接触面１３を被検体に当接させ易い形状に形成される。また、把持部１２は撮像スイッチ１５を有する。撮像スイッチ１５は、ユーザが把持部１２を把持しながらＯＮ／ＯＦＦの切替えが容易な位置に設けられる。

図２に示すように、撮像装置１０は、光源部１６、第１の偏光子１７、遮光部１８、第２の偏光子１９、光学系２０、ボイスコイルモータ２１、および撮像素子２２を有する。

光源部１６は、ＬＥＤ基板２３および複数の面発光型のチップＬＥＤ光源２４によって構成される。ＬＥＤ基板２３は、所定の内径を有するリング状の平板であり、ＬＥＤ基板２３の中心を通る垂線が孔部１４の中心を通り、接触面１３と平行となるようにカメラ部１１内に固定される。ＬＥＤ基板２３は、接触面１３側において複数のチップＬＥＤ光源２４を一様に配置させた状態で支持する。また、ＬＥＤ基板２３は、ホールＩＣ２５を特定の位置において支持する。各チップＬＥＤ光源２４は、接触面１３側に照明光を出射する。各チップＬＥＤ光源２４は、撮像スイッチ１５のＯＮ／ＯＦＦを切替えることにより、発光および消灯を切替える。ホールＩＣ２５については、後述する。

第１の偏光子１７は、ＬＥＤ基板２３と同じ内径を有するリング形状に形成される。第１の偏光子１７は、カメラ部１１内において、第１の偏光子１７の中心を通る垂線が孔部１４の中心を通り、第１の偏光子１７の中心を軸に回動可能に支持される。第１の偏光子１７は、第１の回転位置から９０°回転させた第２の回転位置までの間で回動可能である。第１の偏光子１７は、手動および／またはモータなどを用いて自動で、回動させることが可能である。

第１の偏光子１７は、光源部１６よりも接触面１３側に配置され、チップＬＥＤ光源２４から出射する照明光の直線偏光の成分を透過する。前述のように、チップＬＥＤ光源２４は面発光型の発光素子であり、第１の偏光子１７により直線偏光となった照明光は、孔部１４に位置する被検体全体を均質に照明する。第１の偏光子１７は、把持部１２側におけるホールＩＣ２５と対向する位置に磁石２６を有する。

磁石２６はホールＩＣ２５と協働して、回転位置検出センサとして機能する。ホールＩＣ２５は、第１の偏光子１７の回転位置を検出して、画像処理装置などに出力可能である。検出した回転位置は、画像処理装置において観察モードの判別などに使用可能である。

遮光部１８は外径がＬＥＤ基板２３および第１の偏光子１７の内径に収納される大きさの円筒形状である。遮光部１８は、ＬＥＤ基板２３から第１の偏光子１７の上面と一致するかまたは上面を超えて突出するように、ＬＥＤ基板２３および第１の偏光子１７の孔部に挿通される。遮光部１８は、チップＬＥＤ光源２４から出射する照明光の被検体における反射光以外の光の撮像素子２２への入射を遮る。遮光部１８は、内面および外面が例えば黒色に塗付けられ、遮光部１８に入射する光を減衰させる。

第２の偏光子１９は遮光部１８の内径よりも大きく、遮光部１８の把持部１２側の端部を覆うように固定される。第２の偏光子１９は、その偏光面が、第１の偏光子１７が第１の回転位置にあるときに第１の偏光子１７と平行ニコルの関係であり、第１の偏光子１７が第２の回転位置にあるときには第１の偏光子１７と垂直ニコルの関係となるように調整した状態で固定される。第２の偏光子１９は、遮光部１８に入射する被検体の反射光の直線偏光の成分を透過する。

なお第２の偏光子１９は、遮光部１８の内部を通過し撮像素子２２に入射する光の成分を制御するものであり、前述した位置に代えて遮光部１８の入射側開口（図２に二点鎖線で示した１９’の位置）に設けてもよい。

光学系２０は変倍レンズおよびフォーカスレンズなどの複数のレンズを含んで構成される。光学系２０は、光軸が孔部１４の中心を通るように、カメラ部１１内に配置される。光学系２０は被検体の光学像を撮像素子２２の受光面に結像させる。変倍レンズを光軸に沿って変位させることによりズームインおよびズームアウトが可能である。フォーカスレンズを光軸に沿って変位させることにより、被検体の光学像を撮像素子２２の受光面に合焦させることが可能である。

ボイスコイルモータ２１は変倍レンズおよび／またはフォーカスレンズを光軸に沿って変位させる。なお、変倍レンズおよび／またはフォーカスレンズを変位させる機器はボイスコイルモータに限定されず、例えばＤＣモータなどの従来公知の駆動手段を適用してもよい。

撮像素子２２は、センサ基板２７を介してカメラ部１１内に、受光面の中心を通る垂線が孔部１４の中心を通るように、固定される。撮像素子２２は、受光面上に形成される光学像を、静止画像および／または動画として撮像する。撮像素子２２は、撮像スイッチ１５のＯＮ／ＯＦＦを切替えることにより、撮像の実行と停止を切替える。静止画像および／または動画像として撮像した画像は、例えば撮像装置１０と無線または有線で接続される画像処理装置において画像処理が施され、ディスプレイ装置またはタブレット端末を用いて観察可能である。

次に、撮像装置１０を用いた被検体の観察について、説明する。被検体が、例えば肌などの生体組織であるあるときには、直線偏光を照射すると、その一部は表面で直接反射され、残りは表面内部において間接反射される。直線反射においては照明光の偏光状態が反射光において維持され、間接反射においては偏光状態が変化する。それゆえ、第１の偏光子１７および第２の偏光子１９が平行ニコルの状態においては、間接反射が起こる表面内部の光学像は遮光され、直接反射が生じる表面の光学像が撮像素子２２に入射する。一方、第１の偏光子１７および第２の偏光子１９が垂直ニコルの状態においては、直接反射が生じる表面の光学像は遮光され、間接反射が生じる表面内部の光学像が撮像素子２２に入射する。

したがって、第１の偏光子１７を第１の回転位置に合わせた状態、すなわち平行ニコルの関係にある状態で肌を被検体として観察すると、肌表面の凹凸模様が鮮明に撮像される。また、第１の偏光子１７を第２の回転位置に合わせた状態、すなわち垂直ニコルの関係にある状態で肌を観察すると、皮下に形成されるシミなどの色素沈着部が鮮明に撮像される。

以上のような構成の第１の実施形態の撮像装置によれば、照射角の広いチップＬＥＤ光源２４を用いることにより被検体全体に光量ムラの少ない照明光を照射可能であるため、プリズムやレンズなどの光学系が不要である。このような光学系を設ける必要が無いので、撮像装置１０の小型化が可能である。

また、第１の実施形態の撮像装置によれば、遮光部１８がＬＥＤ基板２３から第１の偏光子１７の上面と一致するかまたは上面を超えて突出するように、ＬＥＤ基板２３および第１の偏光子１７の孔部に挿入される。それゆえ、第１の偏光子１７のチップＬＥＤ光源２４側の面において反射するチップＬＥＤ光源２４から出射した照明光の一部のように、第１の偏光子１７を透過しない照明光の撮像素子２２への入射を防止可能である。このような照明光の入射を防ぐことにより、被検体の表面または表面下の画像を鮮明に撮像可能となる。

また、第１の実施形態の撮像装置によれば、遮光部１８の表面に入射する光を減衰させるので、カメラ部１１内および遮光部１８内で乱反射する照明光を減衰させ、撮像素子２２への入射を防ぐことが可能である。したがって、被検体の表面または表面下の画像を鮮明に撮像可能である。

また、第１の実施形態の撮像装置によれば、回転位置検出センサが設けられるので、第１の偏光子１７および第２の偏光子１９が平行ニコルおよび垂直ニコルであるか否かを検出可能である。

また、第１の実施形態の撮像装置によれば、回転位置検出センサを形成する磁石を第１の偏光子１７に設けるので、回転位置を出力するための信号線を第１の偏光子１７に設置不要である。それゆえ、回動可能な第１の偏光子１７に信号線が配置されないので、製造が簡潔であり、また、信号線が第１の偏光子１７の外部に接続される場合に断線などの問題が生じることがない。

次に、本発明の第２の実施形態を説明する。第２の実施形態では光源部の構成および発光制御が第１の実施形態と異なっている。以下に、第１の実施形態と異なる点を中心に第２の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態と同じ機能および構成を有する部位には同じ符号を付す。

第２の実施形態において、撮像装置１０は、光源部１６、第１の偏光子１７、遮光部１８、第２の偏光子１９、光学系２０、ボイスコイルモータ２１、および撮像素子２２を有する。第１の偏光子１７、遮光部１８、第２の偏光子１９、光学系２０、ボイスコイルモータ２１、および撮像素子２２の構成および機能は第１の実施形態と同様である。

図３に示すように、光源部１６は、ＬＥＤ基板２３および複数のチップＬＥＤ光源２４ｉ、２４ｏによって構成される。第１の実施形態と異なり本実施形態では、ＬＥＤ基板の内方の位置と外方の位置に、一様に、複数のチップＬＥＤ光源２４ｉ、２４ｏが配置される。例えば、ＬＥＤ基板２３の円環の内縁近傍に、例えば８個のチップＬＥＤ光源２４ｉが円環に沿って配置される。また、ＬＥＤ基板２３の内縁近傍に配置されたチップＬＥＤ光源２４ｉよりも外縁寄りに、例えば８個のチップＬＥＤ光源２４ｏが円環に沿って配置される。

光源部１６は、第１の偏光子１７が第１の回転位置にある、すなわち第１の偏光子１７および第２の偏光子１９が平行ニコルの関係にあるときに、内縁近傍に配置された８個のチップＬＥＤ光源２４ｉのみを発光させ、外縁寄りのチップＬＥＤ光源２４ｏを消灯させる。また、光源部１６は、第１の偏光子１７が第２の回転位置にある、すなわち第１の偏光子１７および第２の偏光子１９が垂直ニコルの関係にあるときに、内縁近傍に配置されたチップＬＥＤ光源２４ｉの他の光源である、外縁寄りのチップＬＥＤ光源２４ｏも発光させる。したがって、第１の偏光子１７および第２の偏光子１９が垂直ニコルの関係にあるときには、平行ニコルの関係にあるときに比べて、光源部１６は全体の照明光の光量を大きくする。

以上のような構成の第２の実施形態の撮像装置によれば、第１の実施形態と同様に、撮像装置１０の小型化、被検体の表面または表面下の画像の鮮明な撮像、第１の偏光子１７および第２の偏光子１９の関係の検出、製造の簡潔化が可能である。

また、第２の実施形態の撮像装置では、第１の偏光子１７および第２の偏向子１９が垂直ニコルの関係にあるときに、光源部１６は平行ニコルの関係にあるときよりも照明光の光量を大きくする。直線偏光の大部分が被検体の表面で反射され、残りの一部が表面内部において間接反射されるため、直線偏光が維持される表面の光学像の画像全体の平均光量は、偏光状態が変化する表面内部の光学像の画像全体の平均光量よりも大きい。それゆえ、本実施形態の撮像装置のように、垂直ニコルの状態で、平行ニコルの状態よりも照明光の光量を大きくすることにより、それぞれの状態において撮像に適した明るさで被検体を照明可能となる。

また、第２の実施形態では、第１の偏光子１７および第２の偏光子１９が垂直ニコルの関係にあるときに、光源部１６は平行ニコルの関係にあるときに発光するように定められた一部のチップＬＥＤ光源２４ｉに加えて、他のチップＬＥＤ光源２４ｏからも発光させる。被検体の直接反射による光学像を鮮明に撮像するためには散乱光が少ないことが好ましい。そこで、第２の実施形態の撮像装置１０において直接反射による光学像を撮像するための平行ニコルの状態のときに、被検体を光学系２０に露出する孔部１４に最も近い、一部のＬＥＤチップ光源２４ｉのみを発光させる。それゆえ、直接反射による被検体の表面の光学像を鮮明に撮像可能である。また、間接反射による光学像を撮像する場合には散乱光の量による画質への影響は比較的小さい、一方で、照度ムラの低減のためには配置の異なる多くの光源から照明光を出射することが好ましく。そこで、第２の実施形態の撮像装置１０において間接反射による光学像を撮像するための垂直ニコルの状態のときに、一部のチップＬＥＤ光源２４ｉのみならず、他のチップＬＥＤ光源２４ｏからも発光させる。それゆえ、間接反射による被検体の表面内部の光学像における照度ムラをさらに抑制可能である。

本発明を諸図面や実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。

例えば、第１、２の実施形態において、第１の偏光子１７が回動可能に支持される構成であるが、第２の偏光子１９が回動可能に支持される構成であってもよく、また、両者が回動可能な構成であってもよい。

また、第２の実施形態において、第１の偏光子１７および第２の偏光子１９が垂直ニコルの関係にあるときに、発光させるチップＬＥＤ光源２４ｉ、２４ｏの数を変えることにより、全体の照明光の光量を変える構成であるが、他の構成により光量を調整してもよい。例えば、各チップＬＥＤ光源２４ｉ、２４ｏに出射させる光の光量を調製することにより全体の照明光の光量を変える構成であってもよい。

また、本発明における撮像装置では、偏光子を制御することにより、表面観察ならびに内部構造観察が可能であって、それぞれの観察において個別に合焦制御が可能である。しかし、一般的に撮像画像のコントラストは表面観察の方が大きく、表面観察のほうがより精度のよい合焦制御が可能である。それゆえ、撮像装置が、表面観察モードにおいて合焦を実行し、そのときの合焦位置に基づいて、内部構造観察の合焦位置として用いる機能を有していてもよい。必要に応じて、当該合焦位置を起点として微調整を行うことにより、コントラストの低い内部構造観察においても精度の高い合焦制御を実現することが可能である。

１０ 撮像装置
１１ カメラ部
１２ 把持部
１３ 接触面
１４ 孔部
１５ 撮像スイッチ
１６ 光源部
１７ 第１の偏光子
１８ 遮光部
１９ 第２の偏光子
２０ 光学系
２１ ボイスコイルモータ
２２ 撮像素子
２３ ＬＥＤ基板
２４ チップＬＥＤ光源
２５ ホールＩＣ
２６ 磁石
２７ センサ基板

Claims (7)

1. 少なくとも一方が回動可能に支持され、互いに平行ニコルおよび垂直ニコルのいずれかの関係に切替え可能な第１の偏光子および第２の偏光子と、
   前記第１の偏光子によって直線偏光となる、被検体全体を均質に照明する照明光を出射する光源部と、
   前記第２の偏光子によって直線偏光となる、前記被検体の光学像を撮像する撮像素子とを備える
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮像装置であって、前記光源部が出射する前記照明光の中で、前記被検体の反射光以外の光成分の前記撮像素子への入射を遮る遮光部を更に備えることを特徴とする撮像装置。
3. 請求項２に記載の撮像装置であって、前記遮光部は入射する光を減衰させることを特徴とする撮像装置。
4. 請求項１に記載の撮像装置であって、前記回動可能に支持される第１の偏光子および第２の偏光子に設けられ、回転位置を検出する回転位置検出センサを更に備えることを特徴とする撮像装置。
5. 請求項１に記載の撮像装置であって、前記光源部は、前記第１の偏光子および前記第２の偏光子が垂直ニコルの関係にあるときに、平行ニコルの関係にあるときに比べて、前記照明光の光量を大きくすることを特徴とする撮像装置。
6. 請求項５に記載の撮像装置であって、前記光源部は複数の光源を有し、前記第１の偏光子および前記第２の偏光子が垂直ニコルの関係にあるときに、前記光源部は平行ニコルの関係にあるときに発光するように定められた一部の前記光源に加えて、他の光源からも発光させることを特徴とする撮像装置。
7. 請求項１の撮像装置を用いた生体組織の撮像方法であって、
   前記生体組織の表面を観察するときに、前記第１の偏光子および前記第２の偏光子を平行ニコルの関係に切替えて撮像し、
   前記生体の表面内部を観察するときに、前記第１の偏光子および前記第２の偏光子を垂直ニコルの関係に切替えて撮像する
   ことを特徴とする撮像方法

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