(57)【要約】【課題】正反射が低減され、対象物の表面の色分布を高精度に測定できる小型な撮像装置、及びこの撮像装置に用いられる照明素子、照明ユニットを提供すること。【解決手段】第１の面２２１と第２の面２２５と側面とを備える略平板状の光学的透明部材からなる主導光板２２０と、主導光板２２０に隣接して設けられ、入射光を主導光板２２０の側面の方向へ偏向して射出する副導光板２３０ａ、２３０ｂとを有し、主導光板２２０の第１の面２２１には、副導光板２３０ａ、２３０ｂからの光を第２の面２２５に対して少なくとも２つの異なる方向から射出させる反射部２２２ａ、２２２ｂが形成されている。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面と第２の面と側面とを備える略平板状の光学的透明部材からなる主導光板と、
前記主導光板に隣接して設けられ、入射光を前記主導光板の前記側面の方向へ偏向して射出する副導光板とを有し、
前記主導光板の前記第１の面には、前記副導光板からの光を前記第２の面に対して少なくとも２つの異なる方向から射出させる反射部が形成されていることを特徴とする照明素子。
【請求項２】
前記反射部は、略平行に設けられている複数の短冊形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の照明素子。
【請求項３】
前記反射部は、略同心円状に設けられている複数の輪帯形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の照明素子。
【請求項４】
前記主導光板と前記副導光板との少なくとも一方は移動可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の照明素子と、
前記副導光板の端部近傍に設けられ、照明光を供給する光源部とを有することを特徴とする照明ユニット。
【請求項６】
請求項５に記載の照明ユニットと、
前記照明ユニットにより照明された被照射面からの反射光を結像する撮像光学系とを有し、
前記照明ユニットは、前記撮像光学系と前記被照射面との間の光路中に設けられ、
前記撮像光学系により得られた前記反射光に基づいて、前記被照射面の色分布を演算することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明素子、この照明素子を備える照明ユニット、及びこの照明ユニットを備える撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、乗用車の表面の塗装や、人間の歯の色、光沢などを所定の範囲にわたって測定することが行われている。そして、測定結果に基づいて、対象物の塗装のむら、色のむら、光沢のむら等を算出する。特に、歯科医療の分野においては、歯科医は、歯の色、色調、光沢等を判断することが多い。このために、照明ユニットにより、対象物である歯の所定の範囲を照明する。このような、歯の色、色調、光沢等を測定する光計測デバイスの構成が、例えば特許文献１に提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特表２００３−５１５４１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
照明ユニットが対象物の表面を照明するとき、対象物の表面では散乱光と正反射光とが生ずる。対象物の塗装のむら、又は色、色調、光沢のむらは、表面からの散乱光に基づいて算出される。なお、対象物の表面の光学特性、例えば、「色、色調、光沢等の分布」を、以下、総称して「色分布」という。このため、対象物の表面の色分布を測定するときは、表面からの散乱光を撮像することが必要となる。これに対して、対象物の表面からの正反射光は、散乱光に比較して光強度がかなり大きい。この結果、表面からの正反射光が撮像光学系に入射すると、正確に表面の色分布を状態を測定できない。
【０００５】
特許文献１に開示されている従来技術の構成では、照明光学系の光軸と、撮像光学系の光軸とのなす角度が小さい。このため、照明光学系からの照明光のうち、対象物の表面で生じた正反射光が撮像光学系へ入射してしまう。この結果、対象物の表面の色むら等を正確に測定できず問題である。特に、対象物が光沢を有しているとき、正反射光の光強度がさらに強くなる。このため、従来技術の構成では、光沢がある対象物のときに、この問題はさらに顕著になる。
【０００６】
また、対象物の表面からの正反射光を低減するためには、照明光学系の光軸と、撮像光学系の光軸とのなす角度を大きくすることが考えられる。ここで、対象物が、３次元的な立体構造の場合がある。この場合、照明光学系の光軸と撮像光学系の光軸とのなす角度が大きいと、対象物に影の部分が生ずる。対象物の影の部分は、表面からの情報を得ることができない。
【０００７】
このように、正反射光を低減しつつ、対象物に影を生じないことが必要となる。このため、撮像光学系を中心にして、対向する２方向に照明光学系を配置することが考えられる。そして、照明光学系から照明光を対象物に斜入射させる。これにより、正反射光を低減し、かつ対象物に影を生じないようにできる。しかしながら、撮像光学系の周囲に、少なくとも２つの照明光学系を配置する必要がある。この結果、撮像装置が大型化してしまい問題である。特に、歯を対象物とする歯科治療分野では、撮像装置の小型化が強く望まれている。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、正反射が低減され、対象物の表面の色分布を高精度に測定できる小型な撮像装置、及びこの撮像装置に用いられる照明素子、照明ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、第１の発明によれば、第１の面と第２の面と側面とを備える略平板状の光学的透明部材からなる主導光板と、主導光板に隣接して設けられ、入射光を主導光板の側面の方向へ偏向して射出する副導光板とを有し、主導光板の第１の面には、副導光板からの光を第２の面に対して少なくとも２つの異なる方向から射出させる反射部が形成されていることを特徴とする照明素子を提供できる。
【００１０】
また、第２の発明によれば、上述の照明素子と、副導光板の端部近傍に設けられ、照明光を供給する光源部とを有することを特徴とする照明ユニットを提供できる。
【００１１】
また、第３の発明によれば、上述の照明ユニットと、照明ユニットにより照明された被照射面からの反射光を結像する撮像光学系とを有し、照明ユニットは、撮像光学系と被照射面との間の光路中に設けられ、撮像光学系により得られた反射光に基づいて、被照射面の色分布を演算することを特徴とする撮像装置を提供できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る撮像装置は、小型で、正反射が低減され、対象物の表面の色分布を高精度に測定できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明に係る照明素子、照明ユニット、及び撮像装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１４】
図１は、撮像装置１００の使用形態を示す。撮像装置１００は、例えば対象物として人間の歯の色、光沢等を測色する用途に用いられるものである。
【００１５】
図１に示すように、撮像装置１００を用いるシステムは、撮像装置１００と、クレードル１０１と、コンピュータ１０２とから構成されている。撮像装置１００は、歯等の対象物ＯＢＪを撮像する。撮像後に、撮像装置１００は、クレードル１０２の上に載置される。これにより、クレードル１０１は、撮像装置１００と電気的に接続される。電気的に接続されることにより、クレードル１０２は、撮像装置１００から撮像データを受信する。同時に、クレードル１０１は、撮像装置１００に対して充電を行う。
【００１６】
クレードル１０１には、コンピュータ１０２が接続されている。コンピュータ１０２は、クレードル１０１を介して撮像データを受け取る。そして、コンピュータ１０２は、撮像データに基づいて所定の解析処理を行う。
【００１７】
このようなシステムを用いて、例えば、歯科医は、人間の歯の表面を撮像し、解析処理を行なう。ここで、損傷した歯を修復する歯科治療を考える。このとき、修復前の元の歯と、修復後の歯、例えば義歯とは、略同一の色分布を有していることが望ましい。従来は、歯科医の主観的な判断に基づいて、義歯を製造している。その際に元の歯を観察したときと義歯を製造したときの照明環境の違いや、観察者の違いにより隣接する歯と色分布が整合していない義歯を製造してしまい、作り直しをしなければならないことがある。
【００１８】
これに対して、本システムを用いる歯科医は、修復前の元の歯の色分布、又は修復する歯に隣接する歯の色分布を測定する。そして、解析処理により得られた色分布と整合する色分布を有する義歯を製造する。このように、本システムによれば、歯科医の主観的な判断に依存せず、客観的な撮像データに基づいて、修復後の歯の色分布と、修復前の歯の色分布とを比較することができる。この結果、本システムを用いることで、人の違いや照明環境の違いによる義歯の色の不整合を防ぎ、義歯作り直しの可能性を低減することができる。
【００１９】
また、近年、歯科において、歯の表面を自然な白さに加工する処理、いわゆるホワイトニング処理が行なわれている。患者が処理後の歯の色を見慣れてしまうと元からこのくらいの色だったのではと錯覚し、治療の効果を疑う場合がある。ホワイトニング処理を行なう際に、歯科医は本システムを用いることで、処理後の歯の白さを客観的に、場合によっては数値にして確認できる。従って、ホワイトニングを受けた患者は、その効果を客観的数値として認識でき、あいまいな記憶や思い込みによる無用な不満や疑問を減らすことができる。
【００２０】
次に、図２を参照して、撮像装置１００を用いるシステムを説明する。図２は、本システムの概略構成を示すブロック図である。
【００２１】
撮像装置１００の本体１０５には、対象物ＯＢＪに対してフード１０６が延設して形成されている。対象物ＯＢＪは、例えば歯科治療における歯である。また、本体１０５の外面には、電源スイッチ１０７と、シャッタボタン１０８と、接点１０９と、ＬＣＤユニット１１０と、ピントリング１１１とが形成されている。電源スイッチ１０７は、撮像装置１００の電源をオン又はオフする。シャッタボタン１０８は、撮像動作を指示入力する。接点１０９は、クレードル１０１と撮像装置１００とを電気的に接続する。ＬＣＤユニット１１０は、撮像された画像の表示、及び撮像装置１００に関する各種の情報の表示を行なう。そして、ピントリング１１１の操作により、後述する撮像光学系１２１の焦点位置を手動で調整できる。
【００２２】
本体１０５の内部には、照明ユニット２００と、撮像光学系１２１と、分光フィルタ３００と、ＣＣＤ１１３とが配置されている。照明ユニット２００は、対象物ＯＢＪを照明する照明光を射出する。照明ユニット２００の詳細な構成については後述する。撮像光学系１２１は、照明された対象物ＯＢＪの表面からの散乱光を所定面上に結像する。撮像光学系１２１は、至近距離の対象物ＯＢＪを結像できるレンズ構成を有する。分光フィルタ３００は、撮像光学系１２１からの光のうち、所定の波長領域の光を透過する。撮像デバイスであるＣＣＤ１１３は、分光フィルタ３００を透過した光により対象物ＯＢＪを撮像する。ここで、所定面又は所定面の近傍と、ＣＣＤ１１３の受光面とが一致するように配置されている。ＣＣＤ１１３は、撮像光学系１２１により結像された対象物ＯＢＪの像を電気的な画像信号に変換する。
【００２３】
フード１０６は、不要な外光を遮光する。これにより、フード１０６は、対象物ＯＢＪの表面からの反射による散乱光のみを効率よく撮像光学系１２１へ導くことができる。また、操作者、例えば歯科医が手動でピントリング１１１を操作することで、撮像光学系１２１の位置を調整できる。ピントリング１１１の操作により、撮像光学系１２１による対象物ＯＢＪの結像位置と、ＣＣＤ１１３の受光面とを一致させる。なお、ピントリング１１１を用いなくとも、公知のオートフォーカス機構により自動焦点調節できる構成でも良い。
【００２４】
さらに、本体１０５の内部には、電気回路基板１１２が設けられている。電気回路基板１１２の上には、信号処理回路１１４と、ＬＥＤコントローラ１１５と、制御回路１１８と、メモリ１１６と、電源回路１１７とが実装されている。
【００２５】
信号処理回路１１４は、ＣＣＤ１１３から出力される画像信号に対して各種の信号処埋を行う。ＬＥＤコントローラ１１５は、照明ユニット２００が備えるＬＥＤの発光状態を制御する。メモリ１１６は、信号処埋回路１１４により処理された画像データを記憶すること、及び後述する制御回路１１８により実行される処理プログラムやデータ等を記憶することを行なう。バッテリ１１９は、クレードル１０１から接点１０９を介して撮像装置１００へ供給される電源を蓄積する。電源回路１１７は、バッテリ１１９から供給される電源を、撮像装置１００の内部の各回路に供給する。そして、制御回路１１８は、バス等を介して、照明ユニット１００と信号処理回路１１４とＬＥＤコントローラ１１５とメモリ１１６と電源回路１１７とに対して双方向に接続されている。制御回路１１８は、撮像装置１００の全体を統括的に制御する。
【００２６】
撮像装置１００には、図１で示すように、操作者が手で把持するためのグリップ部１０５ｂが設けられている。シャッタボタン１０８は、グリップ部１０５ｂを把持する手の人差指等で操作可能な位置に配置されている。また、電源スイッチ１０７は、シャッタボタン１０８とは反対側の位置、例えばグリップ部１０５ｂを把持する手の親指等で操作可能な位置に配置されている。さらに、グリップ部１０５ｂには、接点１０９が設けられている。バッテリ１１９は、グリップ部１０５ｂの内部に配置されている。そして、ＬＣＤユニット１１０は、撮像装置１００の本体１０５の背面側の観察し易い位置に配置されている。
【００２７】
次に、クレードル１０１について説明する。クレードル１０１には、接点１３９と、ＡＣアダプタ１３５と、Ａ／Ｄ変換回路１３４と、電源回路１３６とが配置されている。接点１３９は、撮像装置１００の接点１０９と電気的に接続される。ＡＣアダプタ１３５は、ＡＣ電源から供給される所定電圧の交流を適宜の直流電圧に変換する。Ａ／Ｄ変換回路１３４は、撮像装置１００から送信される画像データがアナログデータであるときにデジタルデータヘの変換を行う。電源回路１３６は、ＡＣアダプタ１３５から供給される電源を内部の各回路に供給する。
【００２８】
クレードル１０１の内部には、さらに、ＳＲＡＭ１３３と、ＦＰＧＡ(Ｆｉｅ１ｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂ１ｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ)１３２と、ＵＳＢ２のインターフェース（Ｉ／Ｆ）１３７と、ＣＰＵ１３１とが配置されている。ＳＲＡＭ１３３は、画像データを記憶すること、及び後述するＣＰＵ１３１により実行される処理プログラムやデータ等を記憶することを行なう。ＦＰＧＡ１３２は、画像データの圧縮処理等を行う。ＵＳＢ２のＩ／Ｆ１３７は、コンピュータ１０２と、例えばＵＳＢ２により通信を行う。そして、ＣＰＵ１３１は、バス等を介して、ＦＰＧＡ１３２とＳＲＡＭ１３３とＡ／Ｄ変換回路１３４と電源回路１３６とＩ／Ｆ１３７とに対して双方向に接続されている。そして、ＣＰＵ１３１は、クレードル１０２の全体を統括的に制御すること、撮像装置１００との通信を制御すること、及びコンピュータ１０２との通信を制御することを行なう。
【００２９】
また、クレードル１０１には、例えばＵＳＢ２のケーブルを介してコンピュータ１０２が接続されている。コンピュータ１０２には、色解析ソフトウエア１４１がインストールされている。色解析ソフトウエア１４１は、撮像装置１００から受信した画像データを解析処理する。これにより、対象物ＯＢＪの色分布を算出できる。また、コンピュータ１０２の不図示のメモリには、色データベース１４２が記憶されている。色解析ソフトウエア１４１は、画像データの解析処理を行うときに、色データベース１４２を参照する。
【００３０】
図３は、本実施例に係る撮像装置１００を用いるシステムのうち、主として光学系の構成を簡略に示す。照明ユニット２００は、対象物ＯＢＪを照明する。照明ユニット２００の詳細は図４、図５、図６を用いて説明する。対象物ＯＢＪからの散乱光は、照明ユニット２００を透過する。透過した散乱光は、撮像光学系１２１へ入射する。撮像光学系１２１の射出側には分光フィルタ３００が配置されている。分光フィルタ３００は、複数のカラーフィルタからなる。各カラーフィルタは、それぞれ所定の波長領域の光を透過し、他の波長領域の光を反射又は吸収する。分光フィルタ３００を透過した光は、ＣＣＤ１１３にて撮像される。また、照明ユニット２００は、撮像光学系であるＣＣＤ１１３と対象物ＯＢＪの被照射面との間の光路中に設けられている。
【００３１】
後述するように、照明ユニット２００は、白色光で対象物ＯＢＪを照明する。白色光で照明された対象物ＯＢＪから反射した散乱光は、撮像光学系１２１に入射する。そして、分光フィルタ３００は、各フィルタの透過波長領域に応じた光を透過する。分光フィルタ３００は、例えば、ターレット上に複数の色フィルタを配置して構成されている。このときは、ターレットを回転して、順次、所定の波長領域の光を透過させる。また、複数の色フィルタを順次、光路内に挿脱する構成でも良い。そして、全ての波長領域にわたって複数の分光フィルタごとに画像を撮像する。このように、分光処理に所定の時間を要する。従って、画像ぶれが生じてしまうことがある。このような、画像ぶれはコンピュータ１０２による画像処理で補正できる。そして、上述したように、コンピュータ１０２は、対象物ＯＢＪの表面の色分布の解析処理を行う。解析結果である例えば歯の色分布は、ディスプレイ１０２ｄに表示される。複数の分光フィルタとしてＲＧＢの特性を持たせた3種類のフィルタを用いれば通常のカラーカメラとして使用することができる。
【００３２】
（照明ユニットの構成）
図４は、照明ユニット２００の斜視構成を示す。照明ユニット２００は、照明素子２１０と、光源部である２つのＬＥＤ４０１ａ、４０１ｂとから構成されている。さらに、照明素子２１０は、主導光板２２０と、２つの副導光板２３０ａ、２３０ｂとから構成されている。
【００３３】
主導光板２２０は、第１の面２２１と第２の面２２５と側面とを備える略平板状の光学的透明部材である。主導光板２２０は、第１の面２２１側から見て、矩形形状である。主導光板２２０は、例えば、光学的に透明なガラス又は透明樹脂で形成できる。さらに主導光板２２０は、可撓性の部材で構成しても良い。また、主導光板２２０の対向する２つ側面に隣接して、それぞれ副導光板２３０ａ、２３０ｂが設けられている。副導光板２３０ａ、２３０ｂは、四角柱形状である。主導光板２２０と、副導光板２３０ａ、２３０ｂとは、略同一の屈折率の光学部材で形成されている。そして、主導光板２２０の側面と、副導光板２３０ａ、２３０ｂとは光学的透明接着剤で固着されている。さらに、主導光板２２０が固着されている面に対向する副導光板２３０ａ、２３０ｂの面には、偏向部２３１ａ、２３１ｂが形成されている。副導光板２３０ａ、２３０ｂの偏向部２３１ａ、２３１ｂには、複数の鋸歯状の所定角度の斜面が形成されている。
【００３４】
また、光源部であるＬＥＤ４０１ａ、４０１ｂが、それぞれ副導光板２３０ａ、２３０ｂへ照明光を入射させる端部近傍に設けられている。ＬＥＤ４０１ａ、４０１ｂは、ブロードなスペクトル領域を有する白色光を射出する。
【００３５】
主導光板２２０の第１の面２２１には、副導光板２３０ａ、２３０ｂからの光を第２の面２２５に対して少なくとも２つの異なる方向から射出させる反射部２２２ａ、２２２ｂが形成されている。反射部２２２ａ、２２２ｂに隣接して、上平坦部２２３と、下平坦部２２４とが形成されている。反射部２２２ａ、２２２ｂは、上平坦部２２３又は下平坦部２２４に対して、所定の角度をなす斜面で構成されている。そして、一つの上平坦部２２３に隣接する２つの反射部２２２ａと反射部２２２ｂとで、断面が略台形形状をなすように構成されている。また、反射部２２２ａ、２２２ｂは、矩形形状の一辺、例えば副導光板２３０ａ、２３０ｂが固着されている一辺に沿って、略平行に設けられている複数の短冊形状に形成されている。
【００３６】
次に、図５、図６を参照して、照明ユニット２００における照明光の光路について説明する。なお、図面において、理解の容易のため、反射部２２２ａ、２２２ｂの構成、及び偏向部２３１ａ、２３１ｂの構成は、照明素子２１０の全体に比較して大きく記載して示す。
【００３７】
図５は、照明ユニット２００を撮像光学系１２１から見た概略構成を示す。ＬＥＤ４０１ａ、４０１ｂからの光は、副導光板２３０ａ、２３０ｂに入射する。ＬＥＤ４０１ａ、４０１ｂから射出した光は、副導光板２３０ａ、２３０ｂの内部へ進行する。副導光板２３０ａ、２３０ｂの内部を伝播する光は、偏向部２３１ａ、２３１ｂの斜面へ入射する。斜面で反射された光は、主導光板２２０の側面へ向かう方向へ反射される。反射された光は、副導光板２３０ａ、２３０ｂを射出し、主導光板２２０の内部へ進行する。
【００３８】
図６は、照明ユニット２００の断面構成を示す。副導光板２３０ａからの光線Ｌａは、主導光板２２０内において、図６の左から右へ向かって進行する。副導光板２３０ａからの光のうち、光線Ｌａは反射部２２２ａで対象物ＯＢＪの方向へ反射される。ここで、不図示の撮像光学系１２１の光軸ＡＸに平行な軸Ｌａ、Ｌｂを考える。反射された光線Ｌａは、軸ＡＸａと角度θａをなして、第２の面２２５から射出する。
【００３９】
同様に、副導光板２３０ｂからの光線Ｌｂは、主導光板２２０内において、図６の右から左へ向かって進行する。副導光板２３０ｂからの光のうち、光線Ｌｂは反射部２２２ｂで対象物ＯＢＪの方向へ反射される。反射された光線Ｌｂは、軸ＡＸｂと角度θｂをなして、第２の面２２５から射出する。
【００４０】
上述したように、反射部２２２ａ、２２２ｂは、相互に略平行に設けられている複数の短冊形状に形成されている。このため、照明ユニット２００は、短冊形状の長手方向に略直交する方向から、対象物ＯＢＪを異なる２つの角度θａ、θｂの光線Ｌａ、Ｌｂで照明する。これにより、撮像光学系１２１の光軸ＡＸを中心にして、対向する２方向から所定の角度θａ、θｂで対象物ＯＢＪを照明できる。角度θａ、θｂを例えば略４５°又は４５°よりも大きくする。これにより、対象物ＯＢＪの被照射面からの正反射光が撮像光学系１２１へ入射すること低減できる。この結果、撮像光学系１２１は、対象物ＯＢＪの被照射面からの散乱光のみを高い効率で取り込むことができる。従って、正反射光が低減され、対象物ＯＢＪの表面の色分布を高精度に測定できる撮像装置１００を得ることができる。さらに、照明ユニット２００は、異なる２方向から照明する。このため、歯のように立体的な対象物ＯＢＪでも影を生じない。
【００４１】
また、上述したように、照明ユニット２００は、撮像光学系１２１と対象物ＯＢＪの被照射面との間の光路中に設けられている。さらに好しくは、照明ユニット２００は、撮像光学系１２１の入射側近傍に配置することが望ましい。このため、一つの照明ユニット２００で、２方向から照明できる。さらに、撮像光学系１２１は、照明ユニット２００を透過した散乱光を撮像する。このため、撮像光学系１２１の周辺の構成を簡略化できる。従って、小型な撮像装置１００を得ることができる。
【００４２】
本実施例では、反射部２２２ａと反射部２２２ｂとは等間隔のピッチで形成されている。しかしながら、これに限られず、反射部２２２ａと反射部２２２ｂとを不等間隔なピッチで形成してもよい。さらに、反射部２２２ａ、２２２ｂの斜面を所望の角度に構成できる。これにより、照明光の角度θａ、θｂを変えることができる。
【００４３】
また、歯とは異なる種々の対象物ＯＢＪの表面の形状、散乱特性等に対応して、最適な照明角度が存在する。このため、照明光の角度θａ、θｂが異なる複数の照明ユニットを用意しておく。このとき、撮像装置１００は、照明ユニット２００が容易に着脱可能に構成しておくことが望ましい。そして、対象物ＯＢＪに最適な照明角度を有する照明ユニットを適宜選択する。選択した照明ユニットを、撮像光学系１２１と対象物ＯＢＪとの間の光路内へ挿入する。これにより、常に最適な条件で対象物ＯＢＪを照明できる。
【００４４】
また、本実施例において、副導光板２３０ａ、２３０ｂを四角柱形状の代わりに、円柱形状としても良い。さらに、円柱形状の副導光板を断面の円形状の中心を回転軸として回転できる構成とすることもできる。例えば、反射部２２２ａ、２２２ｂの形状を位置により異ならせておく。そして、副導光板を回転軸を中心に回転することで、照明光の配光パターン等を変化させることができる。
【実施例２】
【００４５】
図７は、実施例２に係る照明ユニット７００の概略構成を示す。実施例１では、光源部として２つのＬＥＤ４０１ａ、４０１ｂを用いている。これに対して、本実施例では光ファイバ７０３で副導光板２３０ａ、２３０ｂまで照明光を導光する点が異なる。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、副導光板２３０ａ、２３０ｂの偏向部２３１ａ、２３１ｂの構成の図示も省略する。
【００４６】
光源部７０１として、白色光を供給するハロゲンランプを用いる。光源部７０１からの光は、集光レンズ７０２により、光ファイバ７０３の一方の端面に集光される。集光された光は、光ファイバ７０３の内部を伝播する。光ファイバ７０３は、中間部で２つの光ファイバへ分岐するように構成されている。分岐している２つの光ファイバ７０３のそれぞれの他方の端面は、副導光板２３０ａ、２３０ｂの入射面に当接して、又はその近傍に固定されている。一般にＬＥＤの発光強度に比較して、ハロゲンランプ等の発光強度は大きい。このため、本実施例によれば、さらに明るい照明光を得ることができる。なお、本実施例において、光源部７０１として白色光を供給するＬＥＤを用いても良い。
【実施例３】
【００４７】
図８−１は、実施例３に係る照明ユニット８００の概略構成を示す。本実施例は、光ファイバ７０３で副導光板２３０ａ、２３０ｂまで導光する点は実施例２と同一である。これに対して、本実施例では、発光波長領域がそれぞれ異なる複数のＬＥＤを用いる点が異なる。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、副導光板２３０ａ、２３０ｂの偏向部２３１ａ、２３１ｂの構成の図示も省略する。
【００４８】
ターレット８０１には、発光波長領域がそれぞれ異なる複数のＬＥＤが設けられている。図８−２は、ターレット８０１を正面から見た構成を示す。円形形状のターレット８０１には円周方向に沿って、１０個のＬＥＤ８０２ａ、８０２ｂ、８０２ｃ、８０２ｄ、８０２ｅ、８０２ｆ、８０２ｇ、８０２ｈ、８０２ｉ、８０２ｊが設けられている。なお、一つの波長領域の光に対応して複数のＬＥＤを設けるようにしても良い。
【００４９】
図９は、８個のＬＥＤ８０２ａ、８０２ｂ、８０２ｃ、８０２ｄ、８０２ｅ、８０２ｆ、８０２ｇ、８０２ｈの発光スペクトルを示す。図９において、横軸は波長（単位：ｎｍ）、縦軸は光強度（単位：任意）をそれぞれ示す。ＬＥＤ８０２ａは、曲線Ｓａに示すように、中心発光波長が４５０ｎｍ近傍であるスペクトル分布を有する。ＬＥＤ８０２ｂは、曲線Ｓｂに示すように、中心発光波長が５０５ｎｍ近傍であるスペクトル分布を有する。ＬＥＤ８０２ｃは、曲線Ｓｃに示すように、中心発光波長が５２５ｎｍ近傍であるスペクトル分布を有する。ＬＥＤ８０２ｄは、曲線Ｓｄに示すように、中心発光波長が５６０ｎｍ近傍であるスペクトル分布を有する。ＬＥＤ８０２ｅは、曲線Ｓｅに示すように、中心発光波長が５７５ｎｍ近傍であるスペクトル分布を有する。ＬＥＤ８０２ｆは、曲線Ｓｆに示すように、中心発光波長が６０９ｎｍ近傍であるスペクトル分布を有する。ＬＥＤ８０２ｇは、曲線Ｓｇに示すように、中心発光波長が６３５ｎｍ近傍であるスペクトル分布を有する。ＬＥＤ８０２ｈは、曲線Ｓｈに示すように、中心発光波長が６７０ｎｍ近傍であるスペクトル分布を有する。また、図示しないが、ＬＥＤ８０９ｉ、８０９ｊのスペクトル分布も所定の中心発光波長を有している。
【００５０】
また、図９において、ＣＣＤ１１３が有するＲＧＢカラーフィルタの分光感度Ｒ（赤色光）、分光感度Ｇ（緑色光）、分光感度Ｂ（青色光）を、上述のスペクトル分布に重ねて示す。ＲＧＢフィルタの各色毎のスペクトル分布は、一部が隣接するスペクトル分布と重複している。例えば、Ｂカラーフィルタを介した分光感度は、曲線Ｂに示すように、ＬＥＤ８０１ａの略全ての発光帯域と、ＬＥＤ８０２ｂの発光帯域の一部と含んでいる。また、Ｇカラーフィルタを介した分光感度は、曲線Ｇに示すように、ＬＥＤ８０２ｂ、８０２ｃ、８０２ｄ、８０２ｅの略全ての発光帯域を含んでいる。さらに、Ｒカラーフィルタを介した分光感度は、曲線Ｒに示すように、ＬＥＤ８０２ｆ、８０２ｇ、８０２ｈの略全ての発光帯域を含んでいる。
【００５１】
図８−１に戻って説明を続ける。ターレット８０１は、モータ８０２により回転軸ＡＸ１を中心にして回転される。例えば、モータ８０２は、ＬＥＤ８０２ａが所定の位置となるようにターレット８０１を回転させる。そして、対象物ＯＢＪは、曲線Ｓａに示すスペクトル分布の照明光で照明される。このときの、対象物ＯＢＪからの散乱光が撮像光学系１２１を介してＣＣＤ１１３により撮像される。ＣＣＤ１１３からの撮像データは、メモリ１１６に記憶される。次に、ターレット８０１は、次のＬＥＤ８０２ｂが所定位置となるように、所定角度だけ回転される。そして、対象物ＯＢＪは、曲線Ｓｂに示すスペクトル分布の照明光で照明される。以下、同様の手順を繰り返して、残りの８個のＬＥＤ８０２ｃ〜８０２ｊで照明、撮像、データの記憶が行われる。このように、本実施例では、照明ユニット８００において分光処理を行っている。このため、分光フィルタは不要である。このときは、図１０に示すように、撮像光学系１２１に続いて、ＣＣＤ１１３を設ければ良い。
【実施例４】
【００５２】
図１１は、実施例４に係る照明ユニット１１００の概略構成を示す。本実施例は、実施例３と同様に、発光波長領域がそれぞれ異なる複数のＬＥＤを用いる。上記各実施例と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、副導光板２３０ａ、２３０ｂの偏向部２３１ａ、２３１ｂの構成の図示は省略する。
【００５３】
円形基板１１０１上には、発光波長領域がそれぞれ異なる１０個のＬＥＤ８０２ａ、８０２ｂ、８０２ｃ、８０２ｄ、８０２ｅ、８０２ｆ、８０２ｇ、８０２ｈ、８０２ｉ、８０２ｊが設けられている。なお、一つの波長領域の光に対応して複数のＬＥＤを設けるようにしても良い。
【００５４】
各ＬＥＤから供給された光は、入射用開口部１１０３から積分球１１０２へ入射する。積分球１１０２の内部で拡散された光は、射出用開口部１１０４から射出する。射出用開口部１１０４から射出した光は、集光レンズ７０２により、光ファイバ７０３の一方の端面に集光される。
【００５５】
本実施例では、１０個のＬＥＤ８０２ａ〜８０２ｊを順次、点灯及び消灯を繰り返す。そして、点灯しているＬＥＤによる照明光で対象物ＯＢＪを照明する。ＬＥＤの点灯及び消灯は高速に制御できる。このため、実施例１〜３は分光処理の間に画像ぶれを起こす可能性があるが、本実施例では画像ぶれは殆ど生じない。また、各ＬＥＤ８０２ａ〜８０２ｊは、円形基板１１０１上に配置されている位置がそれぞれ異なる。ここで、積分球１１０２は、入射開口部１１０３へ入射する光の配光特性等に関わり無く、略均一な強度分布の光を射出する。このため、ＬＥＤの位置の相違に起因する照明光の光学特性のばらつきを低減できる。
【００５６】
（変形例）
図１２は、実施例４の変形例に係る照明素子１２１０の概略構成を示す。本変形例における副導光板１２３０ａ、１２３０ｂの偏向部１２３１ａ、１２３１ｂは、位置により複数の鋸歯状斜面が異なるピッチや傾斜角度で形成されている。そして、主導光板２２０と副導光板１２３０ａ、１２３０ｂとの少なくとも一方は移動可能である。例えば、副導光板１２３０ａ、１２３０ｂは、主導光板２２０の短冊状の反射部２２２ａ、２２２ｂの長手方向に沿って、図１２中の方向Ｌに移動できる。これにより、対象物ＯＢＪを照明する領域位置、照明光の強度分布や配光パターンを変化させることができる。
【実施例５】
【００５７】
図１３は、実施例５に係る照明ユニット１３００の概略構成を示す。主導光板１３２０は、矩形形状に構成されている。そして、反射部１３２２ａ、１３２２ｂは、略同心円状に設けられている複数の輪帯形状に形成されている。また、上平坦部１３２３、下平坦部１３２４も同心円状の複数の輪帯形状に形成されている。さらに、主導光板１３２０の四辺に沿って、４つの副導光板１３３０ａ、１３３０ｂ、１３３０ｃ、１３３０ｄが光学的透明接着剤で固着されている。４つの副導光板には、それぞれ偏向部１３３１ａ、１３３１ｂ、１３３１ｃ、１３３１ｄが形成されている。偏向部１３３１ａ、１３３１ｂ、１３３１ｃ、１３３１ｄは、光源部であるＬＥＤ１３０１ａ、１３０１ｂ、１３０１ｃ、１３０１ｄからの光を輪帯形状の反射部１３２２ａ、１３２２ｂの方向へ反射させる。
【００５８】
本実施例の４つのＬＥＤ１３０１ａ、１３０１ｂ、１３０１ｃ、１３０１ｄは、白色光を供給する。このため、本実施例では、図３で説明したように、分光フィルタ３００による分光処理が必要となる。本実施例によれば、照明ユニット１３００は、対象物ＯＢＪを輪帯状に斜入射する照明光で照明できる。このため、対象物ＯＢＪが立体的な形状のとき、影の発生を低減できる。
【実施例６】
【００５９】
図１４は、実施例６に係る照明ユニット１４００の概略構成を示す。主導光板１４２０は、六角形形状に構成されている。そして、反射部１４２２ａ、１４２２ｂは、大きさが異なる相似形の六角形形状に形成されている。また、上平坦部１３２３、下平坦部１３２４も大きさが異なる相似形の六角形形状に形成されている。さらに、主導光板１４２０の六辺に沿って、６つの副導光板１４３０ａ、１４３０ｂ、１４３０ｃ、１４３０ｄ、１４３０ｅ、１４３０ｆが光学的透明接着剤で固着されている。６つの副導光板には、それぞれ偏向部１４３１ａ、１４３１ｂ、１４３１ｃ、１４３１ｄ、１４３１ｅ、１４３１ｆが形成されている。これら偏向部の構成は、上記各実施例と同一であるので図示を省略する。偏向部１４３１ａ、１４３１ｂ、１４３１ｃ、１４３１ｄ、１４３１ｅ、１４３１ｆは、光源部であるＬＥＤ１４０１ａ、１４０１ｂ、１４０１ｃ、１４０１ｄ、１４０１ｅ、１４０１ｆからの光を六角形形状の反射部１４２２ａ、１４２２ｂの方向へ反射させる。
【００６０】
本実施例の６つのＬＥＤ１４０１ａ、１４０１ｂ、１４０１ｃ、１４０１ｄ、１４０１ｅ、１４０１ｆは、白色光を供給する。このため、本実施例においても、上記実施例５と同様に、分光フィルタ３００による分光処理が必要となる。本実施例によれば、照明ユニット１４００は、対象物ＯＢＪを６つの異なる方向から斜入射する照明光で照明できる。このため、対象物ＯＢＪが立体的な形状のとき、影の発生を低減できる。また、反射部の形状は、六角形形状に限られず、任意の多角形形状とすることもできる。
【実施例７】
【００６１】
図１５は、実施例７に係る照明ユニット１５００の概略構成を示す。主導光板１５２０ａ、１５２０ｂは、矩形形状に構成されている。そして、副導光板１５３０ａ、１５３０ｂが、主導光板１５２０ａ、１５２０ｂの一方の側面にだけ光学的透明接着剤で固着されている。副導光板１５３０ａ、１５３０ｂの一方の端面には、ＬＥＤ１５０１ａ、１５０１ｂが設けられている。主導光板１５２０ａ、１５２０ｂの構成と、副導光板１５３０ａ、１５３０ｂの構成とは、基本的に上記実施例１における構成と同一である。
【００６２】
本実施例では、主導光板１５２０ａと副導光板１５３０ａとを組み合わせた照明素子を１組とする。そして、２組の同じ構成の照明素子を製造する。ここで、主導光板に形成されている反射部１５２２は、一方向のみに照明光が射出する反射面が形成されている。例えば、ＬＥＤ１５０１ｂからの光線Ｌｂは、副導光板１５３０ｂの偏向部１５３１ｂで主導光板１５２０ｂの方向へ反射される。そして、光線Ｌｂは、主導光板１５２０ｂの反射部１５２２により反射され、主導光板１５２０ｂを射出する。射出した光線Ｌｂは、積層して設けられている主導光板１５２０ａを透過して、対象物ＯＢＪの方向へ射出される。
【００６３】
また、主導光板１５２０ａと副導光板１５３０ａとを組み合わせた照明素子は、光線Ｌｂとは異なる方向へ光線Ｌａが射出するように配置されている。これにより、対象物ＯＢＪを異なる２方向から所定の角度で照明できる。従って、正反射光を低減できる。また、積層した２組の照明素子は、対象物ＯＢＪと不図示の撮像光学系との間の光路中に配置されている。そして、照明ユニット１５００は、対象物ＯＢＪからの散乱光を透過する。透過した散乱光は不図示の撮像光学系へ入射する。これにより、照明ユニット１５００を備える撮像装置を小型化できる。
【００６４】
（変形例）
また、副導光板を用いない照明ユニット１６００の構成例を、図１６に基づいて説明する。主導光板２２０の構成は、実施例１で説明した構成と同一である。本構成例では、副導光板を用いる代わりに、６個のＬＥＤ１６０１ａ、１６０１ｂ、１６０１ｃ、１６０１ｄ、１６０１ｅ、１６０１ｆが主導光板２２０の側面に対向して配置されている。ＬＥＤ１６０１ａ、１６０１ｂ、１６０１ｃ、１６０１ｄ、１６０１ｅ、１６０１ｆは、例えば、白色光を供給する。本構成によっても、対象物を異なる２方向から所定の角度で照明できる。これにより、対象物からの正反射光を低減できる。
【００６５】
なお、上記各実施例において、照明ユニットの照明光の射出側の面に開口絞りを設けても良い。開口絞りにより、照明光が射出する領域を制御できる。さらに、本発明は、上述した各実施例に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
以上のように、本発明に係る照明素子、照明ユニットは、対象物の表面の色分布を測定する撮像装置において照明を行う際に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】実施例１に係るマルチスペクトル撮像装置を用いるシステムの構成を示す図である。
【図２】実施例１に係るマルチスペクトル撮像装置を用いるシステムのブロック図である。
【図３】実施例１の光学系部分を簡略に示す図である。
【図４】実施例１の照明ユニットの斜視構成図である。
【図５】実施例１の照明ユニットの上面図である。
【図６】実施例１の照明ユニットの断面構成図である。
【図７】実施例２の照明ユニットの概略構成図である。
【図８−１】実施例３の照明ユニットの概略構成図である。
【図８−２】ターレットにおけるＬＥＤの配置を示す図である。
【図９】ＬＥＤのスペクトル分布を示す図である。
【図１０】実施例３の照明ユニットを備えるマルチスペクトル撮像装置の光学系部分を簡略に示す図である。
【図１１】実施例４の照明ユニットの概略構成図である。
【図１２】実施例４の変形例の照明ユニットの概略構成図である。
【図１３】実施例５の照明ユニットの概略構成図である。
【図１４】実施例６の照明ユニットの概略構成図である。
【図１５】実施例７の照明ユニットの概略構成図である。
【図１６】照明ユニットの変形例の構成図である。
【符号の説明】
【００６８】
１００  撮像装置
ＯＢＪ  対象物
１０１  クレードル
１０２  コンピュータ
１０２ｄ  ディスプレイ
１０５  本体
１０６  フード
１０７  電源スイッチ
１０８  シャッタボタン
１０９  接点
１１０  ＬＣＤ
１１１  ピントリング
１１２  電源回路基板
１１３  ＣＣＤ  
１１４  信号処理回路
１１５  ＬＥＤコントローラ
１１６  メモリ
１１７  電源回路
１１８  制御回路
１１９  バッテリ
１２１  撮像光学系
１３１  ＣＰＵ
１３２  ＦＰＧＡ
１３３  ＳＲＡＭ
１３４  Ａ／Ｄ変換回路
１３５  ＡＣアダプタ
１３６  電源回路
１３７  ＵＳＢ２  Ｉ／Ｆ
１３９  接点
１４１  色解析ソフトウエア
１４２  色データベース
３００  分光フィルタ
１０２ｄ  ディスプレイ
４０１ａ、４０１ｂ  ＬＥＤ
２１０  照明素子
２２０  主導光板
２２１  第１の面
２２２ａ、２２２ｂ  反射部
２２３  上平坦部
２２４  下平坦部
２２５  第２の面
２３０ａ、２３０ｂ  副導光板
２３１ａ、２３１ｂ  偏向部
Ｌａ、Ｌｂ  光線
θａ、θｂ  角度
ＡＸａ、ＡＸｂ  軸
７００  照明ユニット
７０１  光源部
７０２  集光レンズ
７０３  光ファイバ
８００  照明ユニット
８０１  ターレット
８０２  モータ
ＡＸ１  回転軸
８０２ａ、８０２ｂ、８０２ｃ、８０２ｄ、８０２ｅ、８０２ｆ、８０２ｇ、８０２ｈ、８０２ｉ、８０２ｊ  ＬＥＤ
１１００  照明ユニット
１１０１  円形基板
１１０２  積分球
１１０３  入射開口部
１１０４  射出開口部
１２１０  照明素子
１２３０ａ、１２３０ｂ  副導光板
１２３１ａ、１２３１ｂ  偏向部
１３００  照明ユニット
１３０１ａ、１３０１ｂ、１３０１ｃ、１３０１ｄ  ＬＥＤ
１３２０  主導光板
１３３０ａ、１３３０ｂ、１３３０ｃ、１３３０ｄ  副導光板
１３２２ａ、１３２２ｂ  反射部
１３２３  上平坦部
１３２４  下平坦部
１３３１ａ、１３３１ｂ、１３３１ｃ、１３３１ｄ  偏向部
１４００  照明ユニット
１４０１ａ、１４０１ｂ、１４０１ｃ、１４０１ｄ、１４０１ｅ、１４０１ｆ  ＬＥＤ
１４２０  主導光板
１４３０ａ、１４３０ｂ、１４３０ｃ、１４３０ｄ、１４３０ｅ、１４３０ｆ  副導光板
１４２２ａ、１４２２ｂ  反射部
１４２３  上平坦部
１４２４  下平坦部
１４３１ａ、１４３１ｂ、１４３１ｃ、１４３１ｄ、１４３１ｅ、１４３１ｆ  偏向部
１５００  照明ユニット
１５０１ｂ  ＬＥＤ
１５２０ａ、１５２０ｂ  主導光板
１５３０ａ、１５３０ｂ  副導光板
１５２２  反射部
１５３１ｂ  偏向部
１６００  照明ユニット
１６０１ａ、１６０１ｂ、１６０１ｃ、１６０１ｄ、１６０１ｅ、１６０１ｆ  ＬＥＤ
【図１】
2005339879.tif 000003
【図２】
2005339879.tif 000004
【図３】
2005339879.tif 000005
【図４】
2005339879.tif 000006
【図５】
2005339879.tif 000007
【図６】
2005339879.tif 000008
【図７】
2005339879.tif 000009
【図８−１】
2005339879.tif 000010
【図８−２】
2005339879.tif 000011
【図９】
2005339879.tif 000012
【図１０】
2005339879.tif 000013
【図１１】
2005339879.tif 000014
【図１２】
2005339879.tif 000015
【図１３】
2005339879.tif 000016
【図１４】
2005339879.tif 000017
【図１５】
2005339879.tif 000018
【図１６】
2005339879.tif 000019