JP7336094B2

JP7336094B2 - 撮像装置

Info

Publication number: JP7336094B2
Application number: JP2019021935A
Authority: JP
Inventors: 俊哉中口; 隆雄並木; 光一坂上; 久男春日; 恒太郎伊藤
Original assignee: Chiba University NUC; Takano Co Ltd
Current assignee: Chiba University NUC; Takano Co Ltd
Priority date: 2019-02-08
Filing date: 2019-02-08
Publication date: 2023-08-31
Anticipated expiration: 2039-02-08
Also published as: JP2020127638A

Description

本開示は、第１の光源及び第２の光源の少なくともいずれかを用いて被写体を撮像する撮像装置に関する。

従来より、例えばヒトの特定の部位（例えば、舌や足首など）を撮影し、その撮影された画像から外観から得られる大きさや形状の変化などの情報に基づいて診断するための撮像装置が知られていた。特許文献１には、ヒトの舌を撮影し、撮影された舌画像から舌の外観から得られる舌の大きさ、形状の変化等を抽出し舌診断するのに用いられる撮像装置が記載されている。

しかし、ただ単に被写体の外観のみを撮像したのでは、部位によっては得られる画像中に含まれる注目領域を鮮明に把握することが困難であり、診断に用いるには利便性があまり高くないことがあった。

特開２０１５－２２６１５４号公報

そこで、上記のような技術を踏まえ、本開示では、様々な実施形態により、より利便性の高い画像を得ることが可能な撮像装置を提供することを課題とする。

本開示の一態様によれば、「略球状に形成された内面と、開口とを有する中空体と、第１の周波数帯の光を前記中空体内に向けて照射する第１の光源と、
前記第１の周波数帯とは異なる第２の周波数帯の光を前記中空体内に向けて照射する第２の光源と、前記第１の光源及び前記第２の光源のうちの少なくともいずれかから照射された照射光が、前記開口から前記中空体の内部に挿入されるか、前記開口付近に位置された被写体に反射した反射光によって被写体像を撮像するカメラと、を含む撮像装置」が提供される。

本開示の様々な実施形態によれば、より利便性の高い画像を得ることが可能な撮像装置を提供することができる。

なお、上記効果は説明の便宜のための例示的なものであるにすぎず、限定的なものではない。上記効果に加えて、または上記効果に代えて、本開示中に記載されたいかなる効果や当業者であれば明らかな効果を奏することも可能である。

図１Ａは、本開示の第１実施形態に係る撮像装置１を示す正面図である。図１Ｂは、本開示の第１実施形態に係る撮像装置１を示す側面図である。図２は、本開示の第１実施形態に係る撮像装置１の構成を示すブロック図である。図３は、本開示の第１実施形態に係る撮像装置１の構成を概念的に示す図である。図４は、本開示の第１実施形態に係る第２の光源１４０の構成を示す図である。図５Ａは、本開示の第１実施形態に係る撮像装置１で撮影された画像の例を示す図である。図５Ｂは、本開示の第１実施形態に係る撮像装置１で撮影された画像の例を示す図である。図６は、本開示の第２実施形態に係る撮像装置１０００を示す斜視図である。

添付図面を参照して本開示の様々な実施形態を説明する。なお、図面における共通する構成要素には同一の参照符号が付されている。

＜第１実施形態＞
１．撮像装置１の構成
本開示において、撮像装置１は、ヒトの診断に用いられる。特に、被写体として、ヒトの特定の部位（例えば、舌、足首、前腕、手のひら、顔面、眼瞼結膜など）を撮像して得られた被写体画像を観察して診断するのに用いられる。撮像に際しては、被写体に照射する光の光源として、互いに異なるピーク波長帯域を有する２種類の光源を使用する。したがって、本開示に係る撮像装置１を用いることによって、被写体の光の吸収・反射の違いによって、２種類の異なる被写体画像を得ることができ、より利便性の高い画像を得ることが可能になる。

一例としては、撮像装置１は、ヒトの舌裏に含まれる静脈を撮像し、その「お血」（おけつ）の状態を診断するために用いられる。お血は、主に東洋医学において、血液の流れが滞った状態のことを意味している。血液の流れが滞ることによって、毛細血管への血液の循環が不十分となり、皮膚や関節や各器官への栄養の伝達が不十分となる。そのため、冷え、のぼせ、こりや痛みの原因の一つとして知られている。また、これらに加えて、高血圧、低血圧、貧血、脳血管障害、虚血性心疾患、痔疾などの症状を引き起こすことも知られている。

お血は、一般的には、舌裏の表面に見える静脈の色や、静脈の形状、蛇行具合、静脈の怒張具合などを総合的に判断することによって診断される。

ここで、本開示の撮像装置１は、被写体に例えば可視光を照射することが可能な第１の光源と、被写体に例えば近赤外光を照射することが可能な第２の光源とを含む。したがって、可視光の波長帯域にピーク波長を有する光は、被写体の皮膚表面で反射されやすい。したがって、被写体の撮像対象となる部位の外観（大きさ、形状、色など）の観察に非常に優れた画像を得ることが可能となる。一方、近赤外光の波長帯域にピーク波長を有する光は、被写体の皮膚表面を透過し、血管やリンパ管などの体内組織で反射されやすい。したがって、被写体の撮像対象となる部位に含まれる血管の状態（形状、蛇行、怒張など）の観察に非常に優れた画像を得ることが可能となる。

図１Ａは、本開示の第１実施形態に係る撮像装置１を示す正面図である。図１Ｂは、本開示の第１実施形態に係る撮像装置１を示す側面図である。図１Ａ及び図１Ｂによると、本開示に係る撮像装置１は、中空体１０１、カバー１０２、開口１０３、制御ユニット１１０（図１Ａ及び図１Ｂにおいて図示しない）、第１の光源１３０、第２の光源１４０、及びカメラ１５０を含む本体部１００と、台座２０１、支持柱２０２、顎載置台２０３、及び額固定板２０４を含む支持部２００を含む。

中空体１０１は、略球状に中空に形成された内面を有する部材である。中空体１０１の内面には、光を反射、拡散するのに適した塗料などが塗布され、中空体１０１の内部に向かって照射された光を中空体１０１の内部全体に十分に反射、拡散させることが可能である。一例としては、積分球が中空体１０１として用いられる。中空体１０１には、開口１０３に加えて、第１の光源１３０からの光を照射するための開口、被写体からの反射光をカメラ１５０の方向に通過させるための開口など、複数の開口を含む。

開口１０３は、中空体１０１の球状に形成された内面の中心を通る垂線を軸に、被写体からの反射光をカメラ１５０の方向に通過させるための開口と相対する位置に形成される。図１Ａ及び図１Ｂにおいては、縦長トラック形状に形成された開口１０３が示されているが、楕円形、円形、長方形、正方形、その他の多角形など、縦長トラック形状以外の形状であってもよい。その大きさは、開口１０３の内部にヒトの舌を挿入するか、舌裏を撮影するのに十分な大きさであれば良い。ただし、舌裏撮像時に、自然光が開口１０３を通じて過剰に中空体１０１の内部に取り込まれないように、舌又は舌周辺の部位によって十分被覆できる程度の大きさに留めるのが好ましい。撮像装置１の使用時には、開口１０３に被写体を挿入するか、開口１０３の近傍に被写体を位置させる。

カバー１０２は、開口１０３の形状に対応するように形成される。カバー１０２の少なくとも一端が中空体１０１の外面に軸支されている。未使用時には当該カバー１０２によって開口１０３を被覆し、中空体１０１の内部にゴミやほこりなどの異物の侵入を防止する。一方、使用時には軸支されたカバー１０２を回転させることによって、開口１０３を通じて被写体の撮像を可能にする。

カメラ１５０は、被写体からの反射光をカメラ１５０の方向に通過させるための開口を介して、中空体１０１に接続される。本実施形態においては、カメラ１５０は、中空体１０１の内面によって形成された球の中心を通る水平線上に好ましくは配置される。カメラ１５０は、開口１０３に挿入された被写体、又は開口１０３の近傍に位置された被写体に反射した反射光を検出して、被写体像を生成するために用いられる。

台座２０１は、その一端が中空体１０１にビスなどによって固定され、中空体１０１を含む本体部１００を支持する。また、台座２０１には、水平方向に伸延した一対の支持柱２０２が設けられている。当該支持柱２０２には、被験者の顎を載置するための顎載置台２０３が上下方向に移動可能に連結されている。顎載置台２０３は、被験者の被写体（例えば、舌裏）が開口１０３に対応する高さに位置するように、支持柱２０２に沿って上下方向に調節される。また、支持柱２０２の上端には被験者の額固定板２０４が連結されている。額固定板２０４は、被験者の額に沿うような形状をし、顎載置台２０３に被験者の顎を載置した際に、被験者の額が接するように構成されている。額固定板２０４は、被験者の頭が前後左右に動くのを規制することが可能である。

制御ユニット１１０は、本実施形態に係る撮像装置１の各機能ブロックを制御するためのプロセッサ１１１等を含み、カメラ１５０、第１の光源１３０、第２の光源１４０等と電気的に接続されている。なお、図１Ａ及び図１Ｂにおいては具体的に制御ユニット１１０が図示されていないが、撮像装置１の入出力端子を介して各構成要素と制御ユニット１１０とが接続されている。その具体的な構成等については、図２において説明する。

第１の光源１３０及び第２の光源１４０は、被写体に所定の波長帯域の光を照射するために用いられる。その具体的な構成等については、図３及び４において説明する。

図２は、本開示の第１実施形態に係る撮像装置１の構成を示すブロック図である。図２によると、撮像装置１は、プロセッサ１１１、メモリ１１２を少なくとも含む制御ユニット１１０、第１の光源１３０、第２の光源１４０、カメラ１５０、及びディスプレイ２３０を含む。これらの各構成要素は、制御ライン及びデータラインを介して互いに電気的に接続される。なお、撮像装置１は、図２に示す構成要素の全てを備える必要はなく、一部を省略した構成をとることも可能であるし、他の構成要素を加えることも可能である。例えば、各構成要素を駆動するための電源装置、使用者が各構成要素に対する指示入力をするための入力インターフェイス、カメラによって撮像された画像等の情報を外部に送信するための通信インターフェイスなどを含むことが可能である。

制御ユニット１１０のプロセッサ１１１は、メモリ１１２に記憶されたプログラムに基づいて撮像装置１の他の構成要素・部品の制御を行う制御部として機能する。具体的には、プロセッサ１１１は、メモリ１１２に記憶されたプログラムに基づいて、第１の光源１３０、第２の光源１４０、カメラ１５０の駆動を制御する。また、プロセッサ１１１は、カメラ１５０によって撮像された被写体画像のディスプレイ２３０への表示を制御する。

メモリ１１２は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、不揮発性メモリ、ＨＤＤ等から構成され、記憶部として機能する。メモリ１１２は、本実施形態に係る撮像装置１の様々な制御のための指示命令をプログラムとして記憶する。メモリ１１２には、当該プログラムのほかに、一例として、カメラ１５０で撮像された被写体画像などが適宜記憶される。

カメラ１５０は、一例としては、ＣＭＯＳイメージセンサが搭載され、被写体に反射した光を検出して被写体画像を生成する撮像部として機能する。カメラ１５０は、第１の光源１３０から照射された光による反射光と、第２の光源１４０から照射された光による反射光のいずれをも検出することが可能である。カメラ１５０は、使用者からの指示入力によって、第１の光源１３０を使用した撮像モードと、第２の光源１４０を使用した撮像モードとを切り替えて撮像する。しかし、これに代えて、時分割で両撮像モードを切り替えて、使用者のからの指示入力によらずに、両撮像モードで撮像を可能にしてもよい。なお、カメラ１５０に搭載されるイメージセンサは、ＣＭＯＳイメージセンサに限らず、ＣＣＤイメージセンサ等を用いることも可能である。

ディスプレイ２３０は、カメラ１５０によって撮像された被写体画像を表示するための表示部として機能する。一例としては、液晶パネルによって構成され、第１の光源１３０を利用して撮像された画像と、第２の光源１４０を利用して撮像された画像とを対比可能に、左右に並べて表示する。なお、ディスプレイ２３０は、液晶パネルに限らず、有機ＥＬディスプレイやプラズマディスプレイ等から構成されていてもよい。

２．第１の光源１３０及び第２の光源１４０の構成
図３は、本開示の第１実施形態に係る撮像装置１の構成を概念的に示す図である。具体的には、図３は、中空体１０１の中心を含む垂直面（図１ＡのＡ－Ａ’で示された面）において、中空体１０１の断面を概略的に示す図である。

図３によると、中空体１０１の内面は、略球状に形成されている。また、中空体１０１には、開口１０３に加えて、第１の光源１３０からの光を照射するための開口、被写体からの反射光をカメラ１５０の方向に通過させるための開口など、複数の開口が形成されている。また、カメラ１５０は、中空体１０１の内面を形成する球体の中心Ｃを水平方向に通る線分Ｂ－Ｂ’上に配置されている。また、開口１０３は、線分Ｂ－Ｂ’上であって、当該中心Ｃを中心にカメラ１５０に相対する位置に形成される。

第１の光源１３０は、第１の光源１３０からの光を照射するための開口を介して中空体１０１に接続される。本実施形態においては、第１の光源１３０は中空体１０１の下部に配置される。第１の光源１３０は、一例としては可視光の波長帯域に少なくとも一つのピーク波長を有する光を出射可能な光源１３１が用いられる。具体的には、光源１３１は、赤色の光を出射するＬＥＤ、青色の光を出射するＬＥＤ、緑色の光を出射するＬＥＤを有し、これらのＬＥＤから光が出射されることによって全体として可視光の波長帯域をカバーする光が出射される。第１の光源１３０から出射した光は、開口を介して中空体１０１の内部に向けて照射され、中空体１０１の内面によって反射、拡散され、その少なくとも一部が開口１０３の被写体に到達する。

第１の光源１３０は、各ＬＥＤから光が照射される方向に赤外線カットフィルター１３２を含むことも可能である。当該赤外線カットフィルター１３２は、第１の光源１３０から出射される光が可視光成分を主成分とし、近赤外光成分を除去するために用いられる。

第２の光源１４０は、中空体１０１の内部に配置される。本実施形態においては、第２の光源１４０は、被写体からのカメラ１５０に入射する光路、すなわち被写体からの反射光をカメラ１５０の方向に通過させるための開口の周囲に配置される。すなわち、本実施形態においては、開口１０３、中空体１０１の内面に形成される球の中心、第２の光源１４０、及びカメラ１５０が、それぞれ同一軸線（線分Ｂ－Ｂ’）上に配置される。第２の光源１４０は、一例としては近赤外光の波長帯域にピーク波長を有する光を出射可能な光源が用いられる。第２の光源１４０は、当該光源から照射された光を、中空体１０１の内部に拡散させるための拡散板や光学特性を持つ光学素子１４３を含むことが可能である。

図４は、本開示の第１実施形態に係る第２の光源１４０の構成を示す図である。図４によると、第２の光源１４０は、基板１４２と、当該基板１４２上に配置された複数のＬＥＤ１４１－１～１４１－８とを含む。基板１４２は、カメラ１５０に被写体からの反射光が入射する光路を確保するために、当該光路に対応する位置に開口１４４が形成されている。また、基板１４２は、ビス（図示しない）などによって、中空体１０１に固定される。

複数のＬＥＤ１４１－１～１４１－８は、基板１４２上に、開口１４４に沿って環状に配置されている。つまり、複数のＬＥＤ１４１－１～１４１－８は、中空体１０１の内面が形成する球の中心を水平方向に通る線分Ｂ－Ｂ’を中心にして、それぞれが対称な位置に配置されている。これによって、中空体１０１の内部に均一な光を出射することが可能となる。なお、本実施形態では、合計８個のＬＥＤを用いたが、この数には限定されない。例えば、光源として、１個のＬＥＤのみを用いることも可能であるし、８個以上のＬＥＤを用いることも可能である。なお、本実施形態では、基板１４２に開口１４４が形成される例について説明した。しかし、基板１４２によって光路が遮られなければいずれの形状や形態であってもよく、基板１４２をＣ字状に形成したり、基板１４２を被写体からの反射光を透過可能な素材で形成したりすることも可能である。また、いずれの場合においても、第２の光源１４０として用いられる光源は、被写体からの反射光がカメラ１５０に入射する光路を遮らないように、その周囲に配置される。

本実施形態では、第１の光源１３０と第２の光源１４０は、使用者からの指示入力に基づいて、切り替えられ、同時又はほぼ同時のタイミングで両光源を利用した画像が撮像される。しかし、これに限らず、例えば一定周期で第１の光源１３０と第２の光源１４０とを自動的に切り替えるようにしてもよい。また、第１の光源１３０と第２の光源１４０は、それぞれ異なる周波数帯域の光が出射できれば良い。したがって、物理的に二つの異なる光源を設ける必要はなく、例えば同じＬＥＤを光源として用いて、時分割で出射する光の周波数を切り替えて、一定周期で第１の光源１３０及び第２の光源１４０として機能するようにしてもよい。

３．第１の光源１３０及び第２の光源１４０を利用して撮像された画像の例
図５Ａ及び図５Ｂは、本開示の第１実施形態に係る撮像装置１で撮像された画像の例を示す図である。具体的には、図５Ａは、第１の光源１３０（可視光）を用いてカメラ１５０によって撮像された舌裏の画像を示す。また、図５Ｂは、第２の光源１４０（近赤外光）を用いてカメラ１５０によって撮像された舌裏の画像を示す。

図５Ａによると、第１の光源１３０からは可視光の帯域にピーク波長を有する光が照射される。したがって、このような光は、舌裏表面で反射されるため、舌裏表面の色味や、舌裏表面に浮かび上がる静脈の色味をより鮮明に把握することが可能となる。例えば、舌裏静脈の色が青紫色に近いほど、お血の可能性が高いと診断される。

図５Ｂによると、第２の光源１４０からは近赤外光の帯域にピーク波長を有する光が照射される。したがって、このような光は、舌裏表面を透過し、生体内部の血管やリンパ管に反射されるため、舌裏の静脈をより鮮明に把握することが可能となる。図５Ｂには白の破線で囲んだ領域に静脈が含まれているが、図５Ｂからも明らかなとおり、図５Ａの可視光で撮像した画像に比して、毛細血管の先端まで鮮明に撮像されている。また、毛細血管と他の組織との境界も鮮明になっており、毛細血管の形状、蛇行具合、太さをより正確に把握することが可能となる。この近赤外光を利用した近赤外光画像によって、静脈の形状、蛇行具合、静脈の怒張具合を判断し、図５Ａに示す可視光画像と共に用いることで、より正確にお血の診断をすることが可能となる。

以上、本実施形態においては、第１の光源１３０と第２の光源１４０を備える撮像装置１を用いることによって、より利便性の高い画像を得ることが可能となる。具体的には、第１の光源１３０を利用して可視光画像を得るとともに、第２の光源１４０を利用して、当該可視光画像と略同じタイミングで撮像された近赤外光画像を得ることによって、舌裏静脈の色味、形状、蛇行具合、怒張具合をより鮮明に把握でき、お血のより正確な診断が可能となる。

＜第２実施形態＞
第１実施形態では、支持部２００に顎載置台２０３や額固定板２０４を含み、被験者の顎を顎載置台２０３に載せて、開口１０３の近傍又は開口１０３内に被写体（舌裏）を位置させて撮像する撮像装置１について説明した。第２実施形態においては、被験者が例えばベッドの上などに横たわった状態で被写体の撮像が可能な撮像装置１０００について説明する。なお、本実施形態は、以下で具体的に説明する点を除いて、第１実施形態における構成と同様である。したがって、それらの事項の詳細な説明は省略する。

図６は、本開示の第２実施形態に係る撮像装置１０００を示す斜視図である。図６に示す撮像装置１０００は、支持部２０００によって支持された本体部１１００を含む。本体部１１００は、第１実施形態の本体部１００と同様に、開口１１０３、カメラ１１５０、第１の光源１１３０、第２の光源１１４０等を含むが、その配置が異なる。すなわち、開口１１０３は、中空体１１０１の下側に形成され、カメラ１１５０はその反対側の上側に配置されている。つまり、本実施形態においては、中空体１１０１の下方に位置する被写体を上方に位置するカメラ１５０によって撮像することが可能となる。

本実施形態に係る撮像装置１０００は、例えば、被験者をベッドの上などに横たわった状態にし、撮像対象となる所望の部位の情報に撮像装置１０００を移動させて撮像することが可能となる。したがって、第１実施形態においては、主に舌裏の静脈を撮像するのに用いられたが、舌裏に限らず、足首、前腕、手のひら、顔面、眼瞼結膜などの静脈を観察し、症状の診断をするのに好適に用いることが可能となる。

以上、本実施形態においては、第１の光源１１３０と第２の光源１１４０を備える撮像装置１０００を用いることによって、より利便性の高い画像を得ることが可能となる。具体的には、第１の光源１１３０を利用して可視光画像を得るとともに、第２の光源１１４０を利用して、当該可視光画像と略同じタイミングで撮像された近赤外光画像を得ることによって、様々な部位の静脈の色味、形状、蛇行具合、怒張具合をより鮮明に把握でき、症状のより正確な診断が可能となる。

１撮像装置
１００本体部
１１０制御ユニット
１３０第１の光源
１４０第２の光源
１５０カメラ
１０００撮像装置
１１００本体部
１１３０第１の光源
１１４０第２の光源
１１５０カメラ

Claims

略球状に形成された内面と、開口とを有する中空体と、
第１の周波数帯の光を前記中空体内に向けて照射する第１の光源と、
前記第１の周波数帯とは異なる第２の周波数帯の光を前記中空体内に向けて照射する第２の光源と、
前記第１の光源及び前記第２の光源のうちの少なくともいずれかから照射された照射光が、前記開口から前記中空体の内部に挿入されるか、前記開口付近に位置された被写体に反射した反射光によって被写体像を撮像するカメラと、
を含み、
前記被写体及び前記被写体像はヒトの舌裏の静脈を含む、撮像装置。
略球状に形成された内面と、開口とを有する中空体と、
第１の周波数帯の光を前記中空体内に向けて照射する第１の光源と、
前記第１の周波数帯とは異なる第２の周波数帯の光を前記中空体内に向けて照射する第２の光源と、
前記第１の光源及び前記第２の光源のうちの少なくともいずれかから照射された照射光が、前記開口から前記中空体の内部に挿入されるか、前記開口付近に位置された被写体に反射した反射光によって被写体像を撮像するカメラと、
を含み、
前記被写体及び前記被写体像はヒトの舌裏の静脈を含み、
前記カメラによって撮像された前記被写体像に基づいて、ヒトの舌裏の静脈のお血の診断をするための、撮像装置。
前記第１の周波数帯の光は可視光である、請求項１または２に記載の撮像装置。
前記第２の周波数帯の光は近赤外光である、請求項１～３のいずれか一項に記載の撮像装置。
前記第２の光源は、近赤外光を照射するためのＬＥＤを含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の撮像装置。
前記第２の光源は、前記カメラに前記反射光が入射する光路に対応する位置に開口が形成された基板と、前記基板上であって前記基板に形成された開口の周囲に環状に配置された近赤外光を照射するための複数のＬＥＤと、を含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の撮像装置。
前記第２の光源は、当該光源から照射された光を拡散するための光学素子を含む、請求項１～６のいずれか一項に記載の撮像装置。