JP4695930B2

JP4695930B2 - 拡大撮像装置

Info

Publication number: JP4695930B2
Application number: JP2005196689A
Authority: JP
Inventors: 藤正生佐; 斐公従甲
Original assignee: Moritex Corp
Current assignee: Moritex Corp
Priority date: 2005-07-05
Filing date: 2005-07-05
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2025-07-05
Also published as: JP2007019656A

Description

本発明は、被観察物表面を拡大して観察するための拡大撮像装置に関し、特に、化粧品を販売する美容部員が、顧客の肌や頭皮の状態に応じて最適の化粧品やシャンプーリンスなどを決定する場合などに、顧客の皮膚や頭皮等を拡大して観察するのに適している。

化粧は、肌に直接化粧品を塗ることにより、肌を白く見せたり、荒れた肌を滑らかに見せたりするために行うものであるから、各化粧品メーカとも肌質に応じて多くの種類の化粧品を販売している。
したがって、消費者にとっては、多種類の中から自分の肌質に適合する化粧品を選ぶことができる一方で、自分の肌質を知らないために真に適した化粧品を選択できないことが多い。

このことは、化粧品を販売している美容部員も同様であり、顧客の肌質を正確に知ることができれば、その肌質に適した化粧品や肌の手入れ法をアドバイスすることができるが、現実には、自分の培ってきた経験と勘で顧客の肌質に適合するであろう化粧品をアドバイスしているのが実情である。
このため、最近では化粧品の販売促進用に様々な診断機器を導入し、顧客の肌質に最適の化粧品を提供できるよう各社ともしのぎを削っている。

肌観察用の拡大撮像装置もそのような診断機器の一つとして用いられているが、その観察対象によって拡大倍率を変えて観察したいとの要望がある。
例えば、縦横斜めに走る細かい綾によって形成される肌理（キメ）の細かさを観察する場合は、２０倍程度の比較的低撮像倍率で直径１〜２ｃｍの範囲を撮像するのが好ましく、一方で、その肌理（キメ）の一つ一つを観察する場合は、２００倍程度の高撮像倍率で直径１〜２ｍｍの極めて限定されたエリアを撮像することが好ましい。

しかし、撮像倍率を変えるために、レンズを交換したりスイッチ操作により照明光強度を変更したりするのが面倒であるため、本出願人は、倍率を変えるたびごとにレンズ交換作業を行う面倒がなく、また、倍率を変えるたびごとに照明光の強度を切り換えるスイッチ操作を行う面倒のない拡大撮像装置を提案した。
特許第３６２６４１５号公報

この拡大撮像装置によれば、２焦点レンズの位置を光軸方向に移動させることにより撮像倍率を切り換えることができ、そのレンズの位置に応じて低倍率撮像照明と高倍率撮像照明を自動的に切り換えるようにしているので、レンズ交換や照明光切換のためのスイッチ操作は一切不要になる。

しかし、低倍率撮像時も高倍率撮像時も一つの観察孔を通して撮像していることから、観察孔を低倍率の撮像エリアに合せて直径１５ｍｍと比較的大きくせざるを得ない。
したがって、これを皮膚に押し当てたときに、皮膚がその弾力で観察孔内に盛り上がり、被写界深度の深い低倍率で撮像するときはまだしも、被写界深度の浅い高倍率で撮像するときは、その皮膚の盛り上がり方次第でピントが合ったりずれたりすると言う問題を生じた。

このため高倍率撮像時には、直径が小さい観察孔を形成したキャップを被せて皮膚の盛り上がりを抑えなければならず、レンズ交換の手間はないもののキャップを着脱する手間を生じ、また、キャップの紛失に備えて予備のキャップを用意しなければならないと言う面倒もある。

そこで本発明は、倍率を変えるときに、レンズ交換はもちろんのこと、キャップを着脱する手間さえも必要なく、低倍率でも高倍率でもピントの合った画像を撮像できるようにすることを技術的課題としている。

この課題を達成するために、本発明は、撮像光軸上に形成されたドーム状観察ヘッドの観察孔を被観察物表面に当接させて、前記観察孔から入射された前記被観察物の像を結像光学系により所定倍率に拡大して撮像する撮像素子を備えると共に、前記観察ヘッドの内側から被観察物に照明光を照射する照明系を備えた拡大撮像装置において、結像光学系を構成するレンズの一部又は全部を撮像光軸方向に沿って低倍率観察位置と高倍率観察位置に往復移動させて観察倍率を切り換えるレンズ駆動モータと、該駆動モータでレンズの位置を移動させたときに、これに連動して、大口径の低倍率観察アパーチャ及び小口径の高倍率観察アパーチャを回動させ、撮像光軸上に進退させて観察孔の口径を調整する口径調整機構とを備えたことを特徴としている。

本発明の拡大撮像装置によれば、レンズ駆動モータにより、結像光学系を構成するレンズの一部又は全部を撮像光軸方向に沿って低倍率観察位置及び高倍率観察位置に移動させることにより低倍率と高倍率に光学倍率を切り換えることができる。
また、レンズが移動されると、これに連動して、低倍率観察時に観察孔が拡径し、高倍率観察時に観察孔が縮径するように観察孔の口径が調整される。
したがって、レンズ位置を移動させることにより、光学倍率を切り換えることができると同時に、観察孔の口径をその光学倍率に応じて調整することができるので、口径調整のために格別な操作を行う必要がない。

なお、照明光の強度変更が必要な場合は、請求項４に記載されたように、照明系として、低倍率撮像時の撮像エリアを照らす低倍率撮像照明と、高倍率撮像時の撮像エリアを前記低倍率撮像照明より高照度で照らす高倍率撮像照明を設けておき、光学倍率を変更したときに、これに連動して、低倍率撮像照明及び高倍率撮像照明を切換えて点灯させるようにすればよい。

本例では、倍率を変えるときに、レンズ交換はもちろんのこと、キャップを着脱する手間さえも必要なく、低倍率でも高倍率でもピントの合った画像を撮像できるようにするという目的を達成するために、レンズを移動させて光学倍率を切り換えるレンズ駆動モータに連動して、観察孔の口径を調整できるようにした。

図１は本発明に係る拡大撮像装置を示す概略構成図、図２は拡大倍率に応じた結像光学系の位置関係を示す説明図、図３は照明系を示す説明図である。

図１に示す拡大撮像装置１は、撮像光軸上に形成されたドーム状観察ヘッド２の観察孔３を被観察物表面に当接させて、前記観察孔３から入射された被観察物の像を結像光学系４により所定倍率に拡大して撮像する撮像素子５を備えると共に、観察ヘッド２の内側から被観察物に照明光を照射する照明系６を備えている。

そして、結像光学系４を構成する一部又は全部のレンズ７を撮像光軸方向に沿って低倍率観察位置と高倍率観察位置に往復移動させて観察倍率を切り換えるレンズ駆動モータ８を備えると共に、その駆動モータ８でレンズ７の位置を移動させたときに、これに連動して、低倍率観察時に観察孔３を拡径させ、高倍率観察時に観察孔３を縮径させる口径調整機構９を備えている。

結像光学系４は、図２に示すように、低倍率（例えば２０倍）と高倍率（例えば２００倍）の２つの拡大倍率で使用可能な２焦点レンズ７を装着したレンズホルダ１０が、撮像光軸Ｘと並行に固定された鏡筒１１内に摺動可能に配されている。
そして、レンズホルダ１０の周面から突出形成された従動ピン１２が、鏡筒１１の直線スリットＳ_１と、鏡筒１１に回転可能に外装された円筒カム１３の螺旋スリットＳ_２の交点に係合され、円筒カム１３の外周面に形成された外歯車１４に駆動モータ８のピニオン８ａが咬合されている。

これにより、駆動モータ８を正逆回転すると円筒カム１３が正逆回転し、直線スリットＳ_１と螺旋スリットＳ_２の交点が撮像光軸Ｘに沿って前後に移動するので、従動ピン１２を介してレンズ７がレンズホルダ１０と共に移動して、後述する低倍率観察アパーチャ１５Ｌ及び高倍率観察アパーチャ１５Ｈに当接された被観察物の表面を夫々の合焦位置Ｆ_Ｌ及びＦ_Ｈとする低倍率撮像位置Ｑ_Ｌと高倍率撮像位置Ｑ_Ｈにレンズ７が位置決めされるようになっている。

口径調整機構９は、周面に大口径（直径１５ｍｍ程度）の低倍率観察アパーチャ１５Ｌと小口径（直径６ｍｍ程度）の高倍率観察アパーチャ１５Ｈを形成した口径調整体１６が観察ヘッド２の内側に配されると共に、レンズ駆動モータ８によりレンズ７が移動したときに、結像光学系４の円筒カム１３の回転を口径調整体１６に伝える運動伝達機構１７を備えている。

この口径調整体１６は、撮像光軸Ｘに対して傾斜した回転軸θの回りに回動可能なレボルバータイプに形成されており、これを回動させることにより、低倍率観察アパーチャ１５Ｌ及び高倍率観察アパーチャ１５Ｈを進退させて観察孔３の口径を調整するようになされている。

また、運動伝達機構１７は、円筒カム１３の外歯車１４と、口径調整体１６に形成された内歯車１８との間に、外歯車１４及び内歯車１８に咬合するピニオン１９ａ及び１９ｂを両端に形成した中間ギア１９が介装されてなる。
そして、レンズ７が低倍率撮像位置Ｑ_Ｌにあるときに、レンズ駆動モータ８により円筒カム１３を矢印Ａ_１で示す右方向に駆動させると、直線スリットＳ_１と螺旋スリットＳ_２の交点が前方に移動し、これによってレンズホルダ１０が矢印Ａ_２で示す撮像光軸Ｘ前方に向って直線移動し、レンズ７が高倍率撮像位置Ｑ_Ｈに位置決めされる。
また、これに連動して、ピニオン１９ａ及び１９ｂが夫々矢印Ａ_３及びＡ_４で示す右方向に回転するので、口径調整体１６が矢印Ａ_５で示す左方向に回動し、高倍率観察アパーチャ１５Ｈが撮像光軸Ｘ上に進出し、観察孔３の口径が調整される。

照明系６は、低倍率撮像時に低倍率観察アパーチャ１５Ｌで囲まれた撮像エリアを照らす低倍率撮像照明２０Ｌと、高倍率撮像時に高倍率観察アパーチャ１５Ｈで囲まれた撮像エリアを前記低倍率撮像照明２０Ｌより高照度で照らす高倍率撮像照明２０Ｈを備えると共に、口径調整体１６を回動して低倍率観察アパーチャ１５Ｌ及び高倍率観察アパーチャ１５Ｈを撮像光軸Ｘ上に位置させたときに、これに連動して、低倍率撮像照明２０Ｌ及び高倍率撮像照明２０Ｈを切り換えて点灯させる照明切換手段２１を備えている。

本例では、多数の高輝度白色ＬＥＤを撮像光軸Ｘの回りに環状に配列されて成り、図３に示すように、中心角３０°間隔で配された高倍率撮像照明２０Ｈとなる１２個のＬＥＤと、その間に中心角６０°間隔で配された低倍率撮像照明２０Ｌとなる６個のＬＥＤがリング状の台座２２に取り付けられてなる。

低倍率撮像照明２０Ｌは、照射角度の広いＬＥＤが用いられ、その照射光軸が観察孔３の中心に向けて斜めに配され、観察孔３内を万遍なく照射できるようになっている。
また、高倍率撮像照明２０Ｈは、照射角度の狭いＬＥＤが用いられ、その照射光が観察ヘッド２内に配されたミラー２３に反射されて高倍率観察アパーチャ１５Ｈ内にスポット的に照明されるようになっている。

このように、高倍率撮像照明２０ＨのＬＥＤの数が低倍率撮像照明２０ＬのＬＥＤよりも多く配列され、且つ、高倍率撮像照明２０Ｈは集光されて照射面積が低倍率撮像照明２０Ｌの照射面積に比して狭くなっているので、高倍率撮像照明２０Ｈは高照度で照明でき、十分に明るい画像が得られる。

また、照明切換手段２１として、本例では、図２に示すように、円筒カム１３の外周面に形成されたスイッチ操作突起２４と、この操作突起２４により操作される低倍率及び高倍率撮像照明点灯用の二つのマイクロスイッチ２５Ｌ及び２５Ｈを備えている。
低倍率撮像照明点灯用のマイクロスイッチ２５Ｌは、レンズ７が低倍率観察位置Ｑ_Ｌに位置したときの操作突起２４の位置に対応して配され、高倍率撮像照明点灯用のマイクロスイッチ２５Ｈは、レンズ７が高倍率観察位置Ｑ_Ｈに位置したときの操作突起２４の位置に対応して配されている。

したがって、レンズ７が低倍率観察位置Ｑ_Ｌに位置したときは、操作突起２４により低倍率撮像照明点灯用のマイクロスイッチ２５ＬがＯＮされ、低倍率撮像照明２０Ｌが点灯される。
また、レンズ７が高倍率観察位置Ｑ_Ｈに位置したときは、操作突起２４により高倍率撮像照明点灯用のマイクロスイッチ２５ＨがＯＮされ、高倍率撮像照明２０Ｈが点灯されることになる。

なお、照明系６には、低倍率撮像照明２０Ｌ…のＬＥＤから照射された照明光を直線偏光させる照明光偏光フィルタＰ_１が配されている。
この偏光フィルタＰ_１は、台座２２の正面を覆い、高倍率撮像照明２０Ｈ…のＬＥＤから照射された光を透過する部分に穴をあけた環状の偏光フィルムで形成されている。

また、結像光学系４を通り撮像素子５に至る撮像光軸Ｘ上には、被観察物で反射されて撮像素子５に入射される光を透過させる観察光偏光フィルタＰ_２が進退可能に配され、円筒カム１３を回動させて、レンズ７を低倍率観察位置Ｑ_Ｌに位置させたときにこれに連動して観察光偏光フィルタＰ_２を撮像光軸Ｘ上に進出させ、レンズ７を高倍率観察位置Ｑ_Ｈに位置させたときにこれに連動して観察光偏光フィルタＰ_２を撮像光軸Ｘ上から退避させるフィルタ進退機構２６を備えている。

この観察光偏光フィルタＰ_２は、低倍率撮像照明２０Ｌから照射された偏光が被観察物から反射してくるときに、皮膚表面で反射されて偏光方向が維持されている光成分をカットし、皮膚内部で反射されて偏光方向が変化した光成分のみを検出するためのもので、その偏光方向が照明光偏光フィルタＰ_１に対して直交ニコルになるように配されている。

また、フィルタ進退機構２６は、偏光フィルタＰ_２を取り付けたフレーム２７と、これを揺動自在に支持する回転軸２８と、前記フレーム２７に一体に形成された操作レバー２９を備え、回転軸２８には偏光フィルタＰ_２が撮像光軸Ｘ上に位置するようにフレーム２７を付勢するスプリング３０が設けられている。
そして、観察ヘッド２に従動して、円筒カム１３に取り付けられた操作子３１が回動して、レンズ７が高倍率撮像位置Ｑ_Ｈに位置決めされたときに、操作子３１が操作レバー２９を押圧してフレーム２７をスプリング３０の弾撥力に抗して跳ね上げて、偏光フィルタＰ_２を撮像光軸Ｘ上から退避させるようになっている。
これにより、高倍率撮像時には、高倍率撮像照明２０Ｈから照射された光が被観察物で反射されて撮像素子に達する光路中に光を減光化させる偏光フィルタが存在しないので、観察に大光量が必要な高倍率画像をよりはっきりと撮像することができる。

さらに、図示は省略するが、撮像装置１には撮像素子５のドライバが内蔵され、画像信号をコンピュータなどに有線又は無線で送信し、その画像をコンピュータのディスプレイに表示させるようになっている。

以上が本発明の一構成例であって、次にその作用を説明する。
まず、低倍率で撮像するときは、拡大撮像装置１をコンピュータ（図示せず）に接続し、撮像装置１のメインスイッチ（図示せず）をＯＮした後、レンズ駆動モータ８の低倍率設定スイッチ（図示せず）を押せば、レンズ７が低倍率撮像位置Ｑ_Ｌに位置決めされ、これに連動して図２（ａ）に示すように、口径調整体１６が回動して低倍率観察アパーチャ１５Ｌが撮像光軸Ｘ上に進出される。

また、これと同時に、円筒カム１３に形成されたスイッチ操作突起２４がマイクロスイッチ２５Ｌをオンして低倍率撮像照明２０Ｌが点灯されると共に、フィルタ進退機構２６の操作子３１が操作レバー２９から離れるので、スプリング３０の弾撥力によりフレーム２７が撮像光軸Ｘ側へ付勢され、偏光フィルタＰ_２が撮像光軸Ｘ上に進出する。
この状態で、観察ヘッド２を被観察物となる肌に当てると、低倍率観察アパーチャ１５Ｌで囲まれた部分が２０倍の拡大倍率で撮像される。

このとき、低倍率撮像照明２０Ｌから照射された光は照明光偏光フィルタＰ_１により直線偏光化され、被観察物に照射された後、その反射光が観察孔偏光フィルタＰ_２を透過して撮像素子５に入射される。
したがって、皮膚表面で直接反射されて偏光方向が維持されている光成分はカットされ、皮膚内部で間接反射されて偏光方向が変化した光成分が撮像されることとなり、皮下に存在するシミやクスミを観察するのに適している。

次いで、高倍率で撮像するときは、レンズ駆動モータ８の低倍率設定スイッチ（図示せず）を押せば、レンズ７が高倍率撮像位置Ｑ_Ｈに位置決めされ、これに連動して図２（ｂ）に示すように、口径調整体１６が回動して高倍率観察アパーチャ１５Ｈが撮像光軸Ｘ上に進出される。

これと同時に、円筒カム１３に形成されたスイッチ操作突起２４がマイクロスイッチ２５Ｈをオンして高倍率撮像照明２０Ｈが点灯されると共に、フィルタ進退機構２６の操作子３１が操作レバー２９を押圧するので、スプリング３０の弾撥力に抗してフレーム２７が揺動し、偏光フィルタＰ_２が撮像光軸Ｘから退避する。
この状態で、観察ヘッド２を被観察物となる肌に当てると、高倍率観察アパーチャ１５Ｈで囲まれた部分が２００倍の拡大倍率で撮像される。

このとき、高倍率撮像照明２０Ｈ…から照射された光は、照射角度が狭く、撮像光軸Ｘと略並行に出射された後、撮像ヘッド２内に配されたミラー２３に反射されて高倍率観察アパーチャ１５Ｈ内に側面方向から中央に向ってスポット的に照射される。
したがって、高倍率観察アパーチャ１５Ｈで囲まれた狭い撮像エリアに十分な光量の光を照射することができるだけでなく、その周囲の全方向から照射されるので陰ができ難く、さらに、被観察物の表面に対して入射角の大きい側射照明となっているので、拡大された皮膚表面の凹凸が際立ってよく見えるだけでなく、皮膚表面で鏡面反射された光は撮像光軸Ｘ方向に進行しないのでハレーションなどの撮像障害を起こすこともない。

以上述べたように、本例の拡大撮像装置１によれば、レンズ駆動モータ８を駆動させるだけの操作で、レンズ７を所定の位置に位置決めして倍率変換を行うことができるだけでなく、これに連動させて、低倍率観察アパーチャ１５Ｌと高倍率観察アパーチャ１５Ｈを光軸上に位置させることができ、さらに、照明２０Ｌ及び２０Ｈの切換え、偏光フィルタＰ_２の進退を行わせることができるという大変優れた効果を奏する。

なお、口径調整機構９として、低倍率観察アパーチャ１５Ｌ及び高倍率観察アパーチャ１５Ｈを周面に形成した口径調整体１６を撮像ヘッド２の内側に配した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、撮像ヘッド２を外して口径調整体１６を露出させ、この口径調整体１６を撮像ヘッドとして用いる場合であってもよい。
すなわち、観察ヘッド２の周面に、観察孔３となる大口径の低倍率観察アパーチャ１５Ｌ及び小口径の高倍率観察アパーチャ１５Ｈを形成し、レンズ７に連動して観察ヘッド２を回動させることにより、低倍率観察アパーチャ１５Ｌ及び高倍率観察アパーチャ１５Ｈを撮像光軸Ｘ上に進退させて観察孔３の口径を調整するようにしてもよい。

本発明は、化粧品を販売する美容部員が、顧客の肌や頭皮の状態に応じて最適の化粧品やシャンプーリンスなどを決定する場合などに、顧客の皮膚や頭皮等の被観察物の表面を例えば２０倍と２００倍というように倍率を変化させて撮像する用途に適している。

本発明に係る拡大撮像装置を示す概略構成図。拡大倍率に応じた結像光学系の位置関係を示す説明図。照明系を示す説明図。

符号の説明

１拡大撮像装置
２観察ヘッド
３観察孔
Ｘ撮像光軸
４結像光学系
５撮像素子
６照明系
７レンズ
８レンズ駆動モータ
９口径調整機構
１５Ｌ低倍率観察アパーチャ
１５Ｈ高倍率観察アパーチャ
１６口径調整体

Claims

撮像光軸上に形成されたドーム状観察ヘッドの観察孔を被観察物表面に当接させて、前記観察孔から入射された前記被観察物の像を結像光学系により所定倍率に拡大して撮像する撮像素子を備えると共に、前記観察ヘッドの内側から被観察物に照明光を照射する照明系を備えた拡大撮像装置において、
結像光学系を構成するレンズの一部又は全部を撮像光軸方向に沿って低倍率観察位置と高倍率観察位置に往復移動させて観察倍率を切り換えるレンズ駆動モータと、
該駆動モータでレンズの位置を移動させたときに、これに連動して、大口径の低倍率観察アパーチャ及び小口径の高倍率観察アパーチャを回動させ、撮像光軸上に進退させて観察孔の口径を調整する口径調整機構とを備えたことを特徴とする拡大撮像装置。
前記口径調整機構は、周面に大口径の低倍率観察アパーチャと小口径の高倍率観察アパーチャを形成した口径調整体が観察ヘッドの内側に配され、口径調整体を回動させることにより、低倍率観察アパーチャ及び高倍率観察アパーチャを撮像光軸上に進退させて観察孔の口径を調整するようになされた請求項１記載の拡大観察装置。
前記口径調整機構は、観察ヘッドの周面に、観察孔となる大口径の低倍率観察アパーチャ及び小口径の高倍率観察アパーチャが形成され、観察ヘッドを回動させることにより、前記低倍率観察アパーチャ及び高倍率観察アパーチャを撮像光軸上に進退させて観察孔の口径を調整するようになされた請求項１記載の拡大観察装置。
前記照明系が、低倍率撮像時に被観察物を照らす低倍率撮像照明と、高倍率撮像時に前記低倍率撮像照明より高照度で被観察物を照らす高倍率撮像照明とを備え、前記レンズを移動させて低倍率観察位置と高倍率観察位置に位置させたときに、これに連動して低倍率撮像照明及び高倍率撮像照明を点灯させる照明切換手段を備えた請求項１記載の拡大撮像装置。
前記低倍率撮像照明及び高倍率撮像照明として、多数の高輝度ＬＥＤが撮像光軸の回りに環状に配列されてなる請求項４記載の拡大撮像装置。
前記低倍率撮像照明から被観察物表面に至る照明光路に、低倍率撮像照明の照明光を直線偏光化する照明光偏光フィルタが設けられると共に、撮像光軸上には、前記照明光偏光フィルタの偏光方向と直交ニコルの関係を有する観察光偏光フィルタが進退可能に設けられ、レンズを低倍率観察位置に移動させたときに、これに連動して前記観察光偏光フィルタを撮像光軸上に進出させるフィルタ進退機構を備えた請求項４記載の拡大撮像装置。