JP2006029790A - 照明ユニット及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】明るい拡散光により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ユニットを提供すること。
【解決手段】照明光を供給する光源部２１０と、光源部２１０からの照明光を反射して拡散する拡散部２１１と、拡散された照明光を射出する開口部２１２ａ、２１２ｂとを有し、光源部２１０は、光源部２１０から供給された照明光が、拡散部２１１において少なくとも１回反射して開口部２１２ａ、２１２ｂから射出する位置に設けられている。
【選択図】 図６

Description

本発明は、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。

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、歯の色のむら、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、照明ユニットにより、歯の所定の範囲を照明する。照明ユニットの光源として、発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」という。）を用いることができる。ＬＥＤを用いる測色装置の構成が、例えば特許文献１に提案されている。

特許第３２１８６０１号公報

対象物の色、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正確に測定するためには、均一な強度分布の光で照明することが必要となる。

しかしながら、一般にＬＥＤからの光の空間的な配光特性は、均一ではない。このため、ＬＥＤからの光の強度分布は、ある程度の不均一性を有している。上述の特許第３２１８６０１号公報の構成では、ＬＥＤからの３原色光を、対象物の被照射面に直接照射している。このため、対象物の被照射面において、光強度分布のむらが発生してしまう。この結果、対象物の表面の色分布を正確に測定できない。

また、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。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の状態を測定できない。

特許第３２１８６０１号公報の構成では、照明光学系であるＬＥＤの光軸と、撮像素子のフォトダイオードの中心軸とのなす角度が小さい。このため、ＬＥＤからの照明光のうち、対象物の表面で生じた正反射光がフォトダイオードへ入射してしまう。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、光沢を有する対象物のときに、この問題はさらに顕著になる。

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。

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。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、明るい拡散光により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ユニットを提供することを目的とする。

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、照明光を供給する光源部と、光源部からの照明光を反射して拡散する拡散部と、拡散された照明光を射出する開口部とを有し、光源部は、光源部から供給された照明光が、拡散部において少なくとも１回反射して開口部から射出する位置に設けられていることを特徴とする照明ユニットを提供できる。

また、第２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、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。

本発明に係る撮像装置は、小型で、明るい拡散光により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。

以下に、本発明に係る照明ユニット、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。

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ＯＢＪとして人間の歯の色、光沢を正確に測色する用途に用いられるものである。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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本体１０５の内部には、照明ユニット２００と、撮像光学系１２１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。撮像デバイスであるＣＣＤ１１３は、撮像光学系１２１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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。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。

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。

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の中央部分を通過する。通過した散乱光は、撮像光学系１２１へ入射する。撮像光学系１２１を射出した光は、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。

後述するように、照明ユニット２００は、順次、所定の波長領域の光で対象物ＯＢＪを照明する。所定の波長領域の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。次に、撮像光学系１２１からの光は、ＣＣＤ１１３で受光される。そして、上述したように、コンピュータ１０２は、ＣＣＤ１１３からの画像データに基づいて、対象物ＯＢＪの表面の色分布の解析処理を行う。解析結果である歯の色分布は、ディスプレイ１０２ｄに表示される。

（照明ユニットの構成）
図４は、対象物ＯＢＪ側から見た照明ユニット２００の斜視構成を示す。照明ユニット２００は、光源部２１０と、拡散部２１１と、第１の開口部２１２ａと、第２の開口部２１２ｂとを有している。光源部２１０は、照明光を供給する複数のＬＥＤからなる。拡散部２１１は光源部２１０からの照明光を反射して拡散する。第１の開口部２１２ａと、第２の開口部２１２ｂとは、拡散された照明光を射出する。拡散部２１１は、四角の筒状形状となるように構成されている。また、拡散部２１１の中空部分の略中心と、不図示の撮像光学系の光軸ＡＸとを略一致させる。

次に、図５、図６を参照して、照明ユニット２００のさらに詳しい構成を説明する。図５は、照明ユニット２００を対象物ＯＢＪ側から見た構成を示す。拡散部２１１は、四角の筒状形状となるように構成されている。そして、四角の筒形状の内周の四辺に、光源部２１０が配置されている。光源部２１０は、８個のＬＥＤ２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄ、２１０ｅ、２１０ｆ、２１０ｇ、２１０ｈを１組として、３組のＬＥＤから構成されている。即ち、光源部２１０は、合計２４個（＝３組×８個）のＬＥＤからなる。各ＬＥＤ２１０ａ〜２１０ｈは、四角の筒形状の拡散部２１１の外周の四辺に向かって照明光を射出する。

図８は、８個のＬＥＤ２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄ、２１０ｅ、２１０ｆ、２１０ｇ、２１０ｈの発光スペクトルを示す。図８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。ＬＥＤ２１０ａ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。ＬＥＤ２１０ｂ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。ＬＥＤ２１０ｃ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。ＬＥＤ２１０ｄ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。ＬＥＤ２１０ｅ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。ＬＥＤ２１０ｆ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。ＬＥＤ２１０ｇ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。ＬＥＤ２１０ｈ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。なお、曲線Ｓｉは、後述する実施例３で用いる。

図５に戻って説明を続ける。上述したように、ＬＥＤコントローラ１１５は、ＬＥＤ２１０ａ〜２１０ｈの発光状態を制御する。例えば、ＬＥＤコントローラ１１５は、曲線Ｓａに示すスペクトル分布を有するＬＥＤ２１０ａを点灯し、他のＬＥＤ２１０ｂ〜２１０ｈを消灯する。そして、ＣＣＤ１１３は、曲線Ｓａに示すスペクトル分布の照明光による画像データを撮像する。

次に、ＬＥＤコントローラ１１５は、ＬＥＤ２１０ａを消灯し、曲線Ｓｂに示すスペクトル分布を有するＬＥＤ２１０ｂを点灯する。ＣＣＤ１１３は、曲線Ｓｂに示すスペクトル分布の照明光による画像データを撮像する。そして、点灯、消灯の手順を全てのＬＥＤ２１０ａ〜２１０ｈに対して繰り返し行う。なお、ＬＥＤは、高速な点灯、消灯制御に好適である。

ＬＥＤ２１０ａ〜２１０ｈからの光は、拡散部２１１の四角の筒形状の外周の四辺に向かって進行する。そして、拡散部２１１の内面で拡散作用を受ける。拡散された光は、第１の開口部２１２ａ又は第２の開口部２１２ｂから射出する。第１の開口部２１２ａと第２の開口部２１２ｂとで、開口部を構成する。第１の開口部２１２ａと第２の開口部２１２ｂとは、それぞれ矩形形状の射出部を有している。

図６は、照明ユニット２００の断面構成を示す。拡散部２１１は、四角柱の中空な筒形状を有する。なお、拡散部２２１の詳しい構成は後述する。

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。第１の開口部２１２ａから射出した光線Ｌａは、図６の左から右へ向かって進行する。光線Ｌａは、軸ＡＸａと角度θａをなして、対象物ＯＢＪを照明する。同様に、第２の開口部２１２ｂから射出した光線Ｌｂは、図６の右から左へ向かって進行する。光線Ｌｂは、軸ＡＸｂと角度θｂをなして、対象物ＯＢＪを照明する。

上述したように、第１の開口部２１２ａと第２の開口部２１２ｂとは、撮像光学系１２１の光軸ＡＸに関して対向する位置に設けられている。このため、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。これにより、対象物ＯＢＪは、第１の開口部２１２ａからの光と、第２の開口部２１２ｂからの光とで重畳して照明される。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。

また、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を通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。

また、第１の開口部２１２ａの外周側には、屋根部２１３ａが形成されている。さらに、第２の開口部２１２ｂの外周側には、屋根部２１３ｂが形成されている。屋根部２１３ａ、２１３ｂは、第１の開口部２１２ａ、第２の開口部２１２ｂから射出する拡散された光を、効率良く対象物ＯＢＪの方向へ導くような傾斜角度、大きさに形成されている。

図７−１、図７−２は、第１の開口部２１２ａの大きさと、射出する光との関係を示す。なお、第２の開口部２１２ｂは、第１の開口部２１２ａと同一の構成であるため、第１の開口部２１２ａを代表例に説明する。上述のように、拡散部２１１は、四角柱の中空な筒形状を有する。図７−１に示すように、拡散部２１１のｘ−ｚ面における断面形状は、四角形状である。四角形状のｘ軸に沿う方向の長さをＬ、第１の開口部２１２ａの開口径（長さ）をＤ１とそれぞれする。図７−２は、開口径Ｄ１に比較して大きな開口径Ｄ２の第１の開口部２１２ａの構成を示す。

図７−１において、Ｄ１／Ｌが十分小さいとき、第１の開口部２１２ａは、略点光源として機能する。このため、第１の開口部２１２ａから射出する光Ｌｓは、略球面波となる。これに対して、図７−２に示すように、Ｄ２／Ｌが所定の値であるときは、第１の開口部２１２ａから射出する光Ｌｃは、略平行光となる。

本実施例では、拡散部２１１の所定面（図６におけるｘ−ｚ面）における長さをＬと、第１の開口部２１２ａ、第２の開口部２１２ｂの所定面（ｘ−ｚ面）における長さをＤとそれぞれしたとき、略平行光を射出するようなＤ／Ｌの比を有する開口径に形成されている。

図９は、照明ユニット２００の構成と、光軸ＡＸ上における照明光の光強度分布ＩＬとを合わせて示す。第１の開口部２１２ａ、第２の開口部２１２ｂからの光の光軸ＡＸ上の強度分布は、開口部近傍で略ゼロである。開口部から離れるに従って、光強度分布ＩＬは増加し、位置Ｚｍで最高値Ｉｍとなる。そして、位置Ｚｍよりも遠ざかると徐々に光強度分布は減衰する。ここで、範囲ＺＬでは光軸ＡＸに沿った方向における光強度分布の変化が殆ど無く、略一定値である。例えば、撮像装置１００と対象物ＯＢＪとの撮像距離が範囲ＺＬ内で変化しても、照明光の光強度分布は略一定となる。換言すると、撮像装置１００は、焦点深度方向の範囲ＺＬ内において撮像距離が変化しても、照明光の強度分布が略一定で良好な測定を行なうことができる。

また、第１の開口部２１２ａと第２の開口部２１２ｂとは、所定間隔Ｋだけ離れて設けられている。２つの開口の間隔Ｋを変えることで、最高値Ｉｍの位置Ｚｍを変えることができる。例えば、間隔Ｋを小さくすると、位置Ｚｍは照明ユニット２００に近づいてくる。これとは反対に、間隔Ｋを大きくすると、位置Ｚｍは照明ユニット２００から遠ざかる方向に移動する。そして、位置Ｚｍが照明ユニット２００から遠ざかると、照明光の光量が減衰してしまう。このため、ＬＥＤの出力を大きくする必要がある。また、位置Ｚｍが照明ユニット２００に近接しすぎると、対象物ＯＢＪが立体的な形状の場合、照明ユニット２００と対象物ＯＢＪとが干渉してしまうことがある。具体例を挙げると、対象物ＯＢＪとして歯を測定するとき、２つの開口部の間隔Ｋが小さい撮像装置１００では、測定時に人間の鼻と撮像装置１００とが接触してしまう。このように、間隔Ｋは、光量と対象物ＯＢＪの種類等により適切な値を設定することが望ましい。

図７−１で説明したように、第１の開口部２１２ａ、第２の開口部２１２ｂから、略球面波が射出されるとき、光軸ＡＸ上の位置が異なると光強度分布の変化が大きくなってしまう。これに対して、図７−２で示すような、第１の開口部２１２ａ、第２の開口部２１２ｂから、略平行光が射出されるとき、光軸ＡＸに沿った位置による光強度分布の変化は、図７−１のときに比較して低減される。

このように、本実施例では、第１の開口部２１２ａ、第２の開口部２１２ｂは、拡散部２１１で拡散された照明光を略平行光として射出するような大きさの開口径Ｄ２（図７−２参照）を有している。これにより、光軸ＡＸに略垂直な方向のｘ−ｙ面内における光強度分布が均一であり、かつ光軸ＡＸに沿ったｚ方向の光量変化が低減される。このため、対象物ＯＢＪの表面の色分布を高精度に測定できる。なお、第１の開口部２１２ａ、第２の開口部２１２ｂが射出するのは、略平行光に限られず、例えば緩やかな（曲率半径の大きな）収束光、又は緩やかな発散光でも良い。

（拡散部の構成）
図１０−１は、拡散部２１１の断面構成を示す。拡散部２１１は、樹脂部１０００を備えている。樹脂部１０００の厚さは、例えば略１〜２ｍｍ程度である。樹脂部１０００の光源部２１０とは反対側の面には、アルミニウム層１００１が金属蒸着により形成されている。樹脂部１０００は、光源部２１０からの光を拡散させる。また、アルミニウム層１００１は、薄い樹脂部１０００を透過してしまう光を反射する。反射した光は、樹脂部１０００へ再度入射することで拡散される。これにより、樹脂部１０００を透過して損失してしまう光量を低減できる。

上述したように、光源部２１０は、それぞれ異なる波長領域の光を供給するＬＥＤ２１０ａ〜２１０ｈから構成されている。そして、各ＬＥＤ２１０ａ〜２１０ｈは、配置されている位置が異なっている。このため、例えば、ＬＥＤ２１０ａから射出した光と、ＬＥＤ２１０ｈから射出した光とでは、その照度分布等の光学特性が異なってしまう。樹脂部１０００は、各ＬＥＤ２１０ａ〜２１０ｈからの光を拡散させる。これにより、ＬＥＤ２１０ａ〜２１０ｈの配置の相違に起因する光学特性のばらつきを低減できる。

また、第１の開口部２１２ａの近傍には屋根部２１３ａが形成されている。屋根部２１３ａは、上述したように、拡散された光を、効率良く対象物ＯＢＪの方向へ導くような傾斜角度、大きさを有している。例えば、屋根部２１３ａを設けないと、対象物ＯＢＪの方向へ進行しない光が発生する。このため、光量を損失してしまう。また、屋根部２１３ａを垂直（光軸ＡＸに平行）に設けると、屋根部２１３ａで正反射した光が対象物ＯＢＪへ入射してしまう。このように、屋根部２１３ａは、光源部２１０からの光のうち、屋根部２１３ａで正反射した光を拡散部２１１の内部の方向へ戻す機能も兼用している。このため、屋根２１３ａからの正反射光が対象物ＯＢＪへ入射することも低減できる。

図１０−２は、拡散部２１１の変形例の断面構成を示す。拡散部２１１の内側面には、反射コート層１１０１が形成されている。反射コート層１１０１の上には、さらに、拡散コート層１１００が形成されている。拡散コート層１１００は、例えば硫酸バリウムを塗布して形成できる。これにより、拡散コート層１００は、入射光を拡散する。このように、高反射率の膜（コート層）と、高拡散率の膜（コート層）とを積層して２重に形成すれば、他の材料を用いて構成しても良い。

図１０−３は、拡散部２１１の他の変形例の断面構成を示す。例えば反射面であるアルミニウム基板１１５１の上に拡散コート層１１５０が形成されている。これにより、アルミニウム基板１１５１を用いて簡便に拡散部２１１を製造できる。

図１０−１〜図１０−３のいずれの構成においても、拡散部２１１の拡散特性を向上させることで、照明光の強度分布を均一にできる。また、拡散特性を向上させることで、光の利用効率を高くできる。高い光利用効率により、光源部２１０の小型化を図ることができる。さらに、各ＬＥＤ２１０ａ〜２１０ｈは、拡散部２１１の外周へ向かって光を射出するように配置されている。これにより、各ＬＥＤ２１０ａ〜２１０ｈからの光が、第１の開口部２１２a、第２の開口部２１２ｂから直接射出してしまうことを低減できる。この配置により、拡散部２１１が光を拡散する効率を向上できる。

なお、第１の開口部２１２ａ、第２の開口部２１２ｂの近傍にレンズを配置しても良い。レンズは、拡散部２１１で拡散された光を屈折させて対象物ＯＢＪの方向へ導く機能を有する。これにより、拡散された光で効率良く対象物ＯＢＪを照明できる。

図１１、図１２を参照して、実施例２に係る照明ユニット１２００の構成を説明する。実施例１と同一に部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図１１は、照明ユニット１２００を対象物ＯＢＪ側から見た構成を示す。また、図１２は、照明ユニット１２００の断面構成を示す。図１１に示すように、拡散部２１１は、円環の筒状形状となるように構成されている。そして、円環の筒形状の内周の辺に、光源部２１０が配置されている。光源部２１０は、ＬＥＤ２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄ、２１０ｅ、２１０ｆ、２１０ｇ、２１０ｈを備えている。なお、図１１では、ＬＥＤ２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃはそれぞれ２個ずつ図示している。このように、照明ユニット１２００は、合計１２個の略均等な間隔で配置されているＬＥＤを有している。各ＬＥＤ２１０ａ〜２１０ｈは、拡散部２１１の外周に向かって光を射出するように構成されている。

図１２に示すように、拡散部１２１１の断面は円形形状である。この形状により、照明光の利用効率を向上させることができる。また、上記実施例１と同様に、拡散部１２１１の所定面（図１２におけるｘ−ｚ面）における長さをＬと、第１の開口部２１２ａ、第２の開口部２１２ｂの所定面における長さをＤとそれぞれしたとき、略平行光を射出するようなＤ／Ｌの比を有する開口径に形成されている。

また、第１の開口部２１２ａと第２の開口部２１２ｂとは、最高値Ｉｍの位置Ｚｍ（図９参照）が最適となるように、所定距離Ｋだけ離れて設けられている。

本実施例では、１２個のＬＥＤ８０２ａ〜８０２ｈ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。また、各ＬＥＤ８０２ａ〜８０２ｈは、円形状に配置されている位置がそれぞれ異なる。拡散部１２１１は、各ＬＥＤ８０２ａ〜８０２ｈの配光特性等に関わり無く、略均一な強度分布の拡散光を生成する。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。また、拡散部１２１１は、図１１に示すような円環の筒形状に限られない。例えば、拡散部１２１１は、対象物ＯＢＪ側から見たときに、長軸と短軸とを有する楕円環の筒形状にしても良い。このとき、第１の開口部２１２ａと第２の開口部２１２ｂとは、長軸に沿った方向に設けることが望ましい。これにより、拡散効率を向上させつつ、小型化を図ることができる。

図１３を参照して、実施例３に係る照明ユニット１３００の構成を説明する。実施例１、実施例２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。図１３は、照明ユニット１３００を対象物ＯＢＪ側から見た構成を示す。

拡散部２１１は、所定軸である光軸ＡＸを取り囲むような連続した筒形状に形成されている。そして、筒形状の拡散部２１１により、所定軸である光軸ＡＸ近傍には所定形状の空間が形成されている。照明ユニット１３００からの光は、対象物ＯＢＪの表面で反射されて散乱する。散乱した光は、照明ユニット１３００の所定形状の空間を通過して、撮像光学系１２１へ入射する。このように、照明ユニット１３００を撮像光学系１２１の入射端面近傍に配置できる。この結果、撮像装置全体を小型にできる。

また、所定形状の空間は、拡散部２１１の内周の４つの面（辺）１３１０ａ、１３１０ｂ、１３１０ｃ、１３１０ｄにより略四角形状に形成される。ＣＣＤ１１３の撮像面は四角形状を有している。このため、撮像装置を小型化したときに、照明ユニット１３００の四角形状の空間の周辺部による光のけられを低減できる。

また、光源部２１０は、３つのＬＥＤ２１０Ｘ、２１０Ｙ、２１０Ｚを一組として、４組のＬＥＤから構成されている。即ち光源部２１０は、合計１２個（＝４組×３個）のＬＥＤからなる。各ＬＥＤ２１０Ｘ、２１０Ｙ、２１０Ｚは、拡散部２１１の光軸ＡＸ側の２つの面１３１０ｂ、１３１０ｄに設けられている。上記各実施例１、実施例２と同様に、第１の開口部２１２ａと第２の開口部２１２ｂとは、光軸ＡＸに関して対向する位置に設けられている。そして、光源部２１０は、拡散部２１１の光軸ＡＸ側の面またはその近傍に設けられている。具体的には、各ＬＥＤ２１０Ｘ、２１０Ｙ、２１０Ｚは、拡散部２１１の内側の面１３１０ｂ、１３１０ｄに設けられている。そして、各ＬＥＤ２１０Ｘ、２１０Ｙ、２１０Ｚは、筒形状の拡散部２１１の内周から外周に向かって照明光を射出する。この結果、拡散部２１１自体をコンパクトに構成できる。また、拡散部２１１の幅Ｗを小さくできる。これにより、照明ユニット１３００を小型化でき、省スペース化を図ることができる。さらに、光源部２１０を内側に配置することで、拡散部２１１における光の拡散効率を向上できる。従って、明るい照明光で対象物ＯＢＪを照明できる。なお、実施例２のような円環の筒状形状の拡散部に比較して、本実施例のように四角形の筒形状に構成したほうが、さらに光の拡散効率を大きくできる。

また、ＬＥＤ２１０Ｘ、２１０Ｙ、２１０Ｚは、ＬＥＤ２１０Ｘ、２１０Ｙ、２１０Ｚから供給された照明光が、拡散部２１１において少なくとも１回反射して開口部２１２ａ、２１２ｂから射出する位置に設けられている。換言すると、対象物ＯＢＪ側から開口部２１２ａ、２１２ｂを観察したとき、ＬＥＤ２１０Ｘ、２１０Ｙ、２１０Ｚからの直接光、即ち拡散部２１１で一度も反射しない光を観察できないような位置に、ＬＥＤ２１０Ｘ、２１０Ｙ、２１０Ｚは配置されている。開口部２１２ａ、２１２ｂは、拡散光を効率よく射出することが望ましい。本実施例では、ＬＥＤ２１０Ｘ、２１０Ｙ、２１０Ｚから供給された光は、拡散部２１１において必ず１回反射した後に開口部２１２ａ、２１２ｂから射出する。このため、ＬＥＤ２１０Ｘ、２１０Ｙ、２１０Ｚから射出した光のうち、拡散部２１１で反射されることなく、開口部２１２ａ、２１２ｂから直接、射出してしまう光を低減できる。この結果、照明ユニット１３００は、良好な拡散光で対象物ＯＢＪを照明できる。

次に、各ＬＥＤ２１０Ｘ、２１０Ｙ、２１０Ｚの構成を説明する。図１４−１、図１４−２、図１４−３は、それぞれＬＥＤ２１０Ｘ、２１０Ｙ、２１０Ｚを正面から見た構成を示す。図１４−１に示すように、ＬＥＤ２１０Ｘは、３つの発光部２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｃを有している。また、図１４−２に示すように、ＬＥＤ２１０Ｙは、３つの発光部２１４ｄ、２１４ｅ、２１４ｆを有している。さらに、図１４−３に示すように、ＬＥＤ２１０Ｚは、３つの発光部２１４ｇ、２１４ｈ、２１４ｉを有している。

図８を参照して各発光部から供給される照明光のスペクトル分布を説明する。発光部２１４ａ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。発光部２１４ｂ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。発光部２１４ｃ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。このように、ＬＥＤ２１０Ｘは、一つのパッケージから、３つの異なる波長領域の光を供給できる。

また、発光部２１４ｄ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。発光部２１４ｅ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。発光部２１４ｆ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。このように、ＬＥＤ２１０Ｙは、一つのパッケージから、３つの異なる波長領域の光を供給できる。

さらに、発光部２１４ｇ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。ＬＥＤ２１４ｈ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。ＬＥＤ２１４ｉは、曲線Ｓｉに示すように、中心発光波長が７００ｎｍ近傍であるスペクトル分布を有する。このように、ＬＥＤ２１０Ｚは、一つのパッケージから、３つの異なる波長領域の光を供給できる。

これにより、３個のＬＥＤ２１０Ｘ、２１０Ｙ、２１０Ｚから９つの異なる波長領域、即ち９バンドの光を供給できる。この結果、異なる波長領域ごとの光の発光位置のばらつきを小さくできる。従って、異なる色の照明光ごとの照明むらの変化を低減できる。なお、９個の発光部２１４ａ〜２１４ｉの発光波長領域をそれぞれ異ならせなくとも良い。例えば、９個の発光部２１４ａ〜２１４ｉのうち、２個の発光部の発光波長領域を略同一にしても良い。このときは、９個の発光部２１４ａ〜２１４ｉにより、８つの異なる波長領域、即ち８バンドの光を供給できる。

同様にして、ＬＥＤ２１０Ｘ、２１０Ｙ、２１０Ｚが供給する光のバンド数を、適宜所望の数量に制御できる。例えば、各ＬＥＤ２１０Ｘ、２１０Ｙ、２１０Ｚが、それぞれＲ光（赤色）、Ｇ光（緑色）、Ｂ光（青色）を供給する３個の発光部を有するように構成できる。この構成により、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の３バンドカラーカメラを得ることができる。

また、光源部として、白色光を供給するＬＥＤを用いることができる。このときは、ＣＣＤ１１３として、例えば、Ｒ光透過フィルタ、Ｇ光透過フィルタ、Ｂ光透過フィルタを備えるカラーＣＣＤを用いる。そして、白色光で対象物ＯＢＪを照明する。対象物ＯＢＪからの散乱光は、カラーＣＣＤで撮像される。３種類のカラーフィルタを用いるときは、３バンドの照明と等価である。従って、透過波長領域の異なるカラーフィルタの数を増やせば、カラーフィルタの数に応じて多バンド化できる。

なお、拡散部の形状、ＬＥＤの配置形態、開口部の大きさ及び位置は、上述した実施例に限られない。例えば、拡散部は、連続した筒形状の構成に限られず、拡散するための空間を有していれば、いかなる構造でも良い。

さらに、実施例３で示したような１つのパッケージ内に複数の発光部を有するＬＥＤを、実施例１または実施例２の照明ユニットに適用しても良い。このように、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。

以上のように、本発明に係る照明ユニットは、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。

実施例１に係る撮像装置を用いるシステムの構成を示す図である。 実施例１に係る撮像装置を用いるシステムのブロック図である。 実施例１の光学系部分を簡略に示す図である。 実施例１の照明ユニットの斜視構成図である。 実施例１の照明ユニットの上面図である。 実施例１の照明ユニットの断面構成図である。 開口部の大きさと射出光との関係を示す図である。 開口部の大きさと射出光との関係を示す他の図である。 ＬＥＤのスペクトル分布を示す図である。 開口部の位置と光軸上の強度分布との関係を示す図である。 実施例１の拡散部の断面構成を示す図である。 実施例１の他の拡散部の断面構成を示す図である。 実施例１のさらに他の拡散部の断面構成を示す図である。 実施例２の照明ユニットの上面図である。 実施例２の照明ユニットの断面構成図である。 実施例３の照明ユニットの断面構成図である。 実施例３のＬＥＤの構成を示す図である。 実施例３のＬＥＤの他の構成を示す図である。 実施例３のＬＥＤのさらに他の構成を示す図である。

符号の説明

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
１０２ｄ ディスプレイ
２００ 照明ユニット
２１０ 光源部
２１１ 拡散部
２１２ａ 第１の開口部
２１２ｂ 第２の開口部
Ｌａ、Ｌｂ 光線
θａ、θｂ 角度
ＡＸａ、ＡＸｂ 軸
２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄ、２１０ｅ、２１０ｆ、２１０ｇ、２１０ｈ ＬＥＤ
Ｌ 拡散部の長さ
Ｄ、Ｄ１、Ｄ２ 開口部の開口径（大きさ）
Ｋ 開口部間の距離
Ｚｍ 位置
ＺＬ 範囲
２１３ａ、２１３ｂ 屋根部
１０００ 樹脂部
１００１ アルミニウム層
１１００ 拡散コート層
１１０１ 反射コート層
１１５０ 拡散コート層
１１５１ アルミニウム基板
１２００ 照明ユニット
１２１１ 拡散部
１３００ 照明ユニット
１３１０ａ、１３１０ｂ、１３１０ｃ、１３１０ｄ 面
２１０Ｘ、２１０Ｙ、２１０Ｚ ＬＥＤ
２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｃ、２１４ｄ、２１４ｅ、２１４ｆ、２１４ｇ、２１４ｈ、２１４ｉ 発光部
Ｗ 照明ユニットの幅

Claims (6)

1. 照明光を供給する光源部と、
   前記光源部からの照明光を反射して拡散する拡散部と、
   拡散された照明光を射出する開口部とを有し、
   前記光源部は、前記光源部から供給された前記照明光が、前記拡散部において少なくとも１回反射して前記開口部から射出する位置に設けられていることを特徴とする照明ユニット。
2. 前記光源部は、それぞれ異なる波長領域の光を供給する複数の発光部からなることを特徴とする請求項１に記載の照明ユニット。
3. 前記開口部は、所定軸に関して対向する位置に設けられている第１の開口部と第２の開口部とからなり、
   前記光源部は、前記拡散部の前記所定軸側の面またはその近傍に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の照明ユニット。
4. 前記拡散部は、前記所定軸を取り囲むような連続した筒形状に形成され、
   前記筒形状の拡散部により、前記所定軸近傍に所定形状の空間が形成されてい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ユニット。
5. 前記所定形状の空間は、略四角形形状であることを特徴とする請求項４に記載の照明ユニット。
6. 請求項１〜５のいずれか一項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。
   

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