JP4667313B2

JP4667313B2 - 偏光照明付観察装置

Info

Publication number: JP4667313B2
Application number: JP2006189028A
Authority: JP
Inventors: 藤正生佐
Original assignee: Moritex Corp
Current assignee: Moritex Corp
Priority date: 2006-07-10
Filing date: 2006-07-10
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2026-07-10
Also published as: JP2008017396A

Description

本発明は、被観察物に直線偏光を照射して、反射してきた光を平行ニコル及び直交ニコルに切り換えて観察する偏光照明付観察装置に関し、特に、肌表面を拡大してキメとシミを切り換えて観察する肌用の観察装置に用いて好適である。

肌に直線偏光を照射すると、その一部が皮膚表面で直接反射され、残りが皮膚内部で間接反射される。
直接反射光は偏光状態が維持されているため、照射した直線偏光と平行ニコルの関係にある検光子を透過させることにより、ノイズが除去されるので、この像を撮像することにより肌表面の凹凸模様である肌理（キメ）を鮮明に映し出すことができる。
また、間接反射光は偏光状態が変化されるので、照射した直線偏光と直交ニコルの関係にある検光子を透過させることにより、間接反射光のみを抽出薄ることができ、この像を撮像することにより皮下に形成されるシミなどの色素沈着部を鮮明に映し出すことができる。

この種の観察装置は、一般に、被観察物に当接させる観察孔が先端に形成された観察ヘッド内に、結像レンズと撮像素子が配されると共に、その撮像光軸の周囲には被観察物に照明光を照射する複数の発光素子が所定間隔で環状に配され、前記各発光素子から被観察物に至る照明光軸を遮るように環状の偏光フィルタが配されると共に、被観察物から前記撮像素子に至る撮像光軸上に検光子が配されて成る。
そして、肌理(キメ)観察を行なう平行ニコルモードと、シミ観察を行う直交ニコルモードを切り換えるために、偏光フィルタを回動可能に配し、これを９０°回転させることにより照明光の偏光方向を９０°回転させていた。
特開平３−１３５２７６号公報

しかしながら、この種の偏光子回転型の観察装置は、偏光フィルタを９０°も回転させなければならないことから、操作性が極めて悪く、平行ニコルモードと直交ニコルモードの画像を瞬時に切り換えることができず、使い勝手が悪いという問題があった。

そこで偏光方向を瞬時に切り換えることができるように、平行ニコル用発光素子群と直交ニコル用発光素子群の二種類の発光素子群を選択的に発光可能とし、夫々の発光素子群の照明光軸に互いに直交する向きの二種類の固定偏光子を配すると共に、撮像光軸上に配される検光子を平行ニコル用発光素子群の固定偏光子と平行に配した光源切換式の観察装置が提案された。
特開平１１−３０８４９６

これによれば、平行ニコル用発光素子群を点灯させることにより肌理(キメ)観察を行うことができ、直交ニコル用発光素子群を点灯させることによりシミ観察を行うことができる。
したがって、発光素子群を切換点灯させるだけで、偏光子を回転させるまでもなく、瞬時に、肌理(キメ)観察の画像とシミ観察の画像を切り換えることができ、非常に使い勝手もよい。

しかしながら、二種類の発光素子群を搭載しなければならないことから、光源切換式の観察装置は、偏光子回転型の観察装置に比して単純計算で２倍の数の発光素子が必要となり、装置が大型化するだけでなく、製造コストが嵩むという問題が生じた。
特に近年では、撮像素子などの電子部品の価格が低廉化するに従い、相対的に発光素子の価格の製造コストに占める割合いが高くなってきており、発光素子数を減らすことが低コスト化に直結する。

そこで本発明は、肌理(キメ)観察時に用いられる平行ニコル用と、シミ観察時に用いられる直交ニコル用の二種類の発光素子群を用いる必要がなく一種類の発光素子群で足り、また、偏光子を９０°回転させるまでもなく平行ニコルモードと直交ニコルモードを切り換えることが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、被観察物に当接させる観察孔が先端に形成された観察ヘッド内に、結像レンズと撮像素子が配されると共に、その撮像光軸の周囲には被観察物に照明光を照射する複数の発光素子が所定間隔で環状に配され、前記各発光素子から被観察物に至る照明光軸を遮るように環状の回転偏光フィルタが配されると共に、被観察物から前記撮像素子に至る撮像光軸上に検光子が配されて成る偏光照明付観察装置において、
前記回転偏光フィルタは、前記各照明光軸に対応する位置に所定間隔で透孔状又は切欠状の切除部を形成した第一偏光子及び第二偏光子が前記切除部同士を重ねないように所定の周方向角だけずらした状態で一体化されて成り、
前記第一偏光子の切除部を照明光軸上に位置させたときに第二偏光子と検光子が直交ニコルの関係になり、前記第二偏光子の切除部を照明光軸上に位置させたときは第一偏光子と検光子が平行ニコルの関係になるように夫々の偏光方向が設定されたことを特徴としている。

本発明によれば、照明光軸を遮るように配された環状の回転偏光フィルタが、各発光素子に対応する位置に所定間隔で透孔（切除部）を形成した第一偏光子及び第二偏光子からなり、各偏光子は夫々の透孔同士が重ならないように所定の周方向角だけずらした状態で一体化されている。
したがって、回転偏光フィルタを周方向角だけ正逆回転させれば、第一偏光子及び第二偏光子が一体的に回動し、第一偏光子の透孔が照明光軸に位置して照明光が第二偏光子のみを透過する状態と、第二偏光子の透孔が照明光軸に位置して照明光が第一偏光子のみを透過する状態を切り換えることができる。
照明光が第一偏光子のみを透過する場合、第一偏光子は検光子に対して平行ニコルとなるように配されているので、肌理(キメ)観察に適した平行ニコルモードとなり、照明光に対して平行ニコルの関係にある検光子を透過した光を撮像できる。
また、照明光が第二偏光子のみを透過する場合、第二偏光子は検光子に対して直交ニコルとなるように配されているので、シミ観察に適した直交ニコルモードとなり、照明光に対して直交ニコルの関係にある検光子を透過した光を撮像できる。

例えば、８個の発光素子が環状に等角的に配されている場合に、第一偏光子の隣り合う透孔の中間位置に第二偏光子の透孔が位置するように第一偏光子及び第二偏光子を配置すれば、その周方向角は２２.５°となるので、最大でも回転偏光フィルタを９０°の１／４回転させるだけで、平行ニコルと直交ニコルを切り換えることができる。
また、第一偏光子及び第二偏光子の透孔を隣接するように配すれば、さらに周方向角が小さくなるので、操作回動角も小さくすることができる。
このように、本発明では、同じ発光素子を点灯させたまま回転偏光フィルタを僅かに回動させるだけで平行ニコルと直交ニコルを切り換えることができるので、光源切換式の観察装置に比して発光素子数を少なくすることができ、回転偏光フィルタを９０°回転させる必要がなく操作性に優れ、使い勝手もよい。

本例の偏光照明付観察装置は、肌理(キメ)観察時に用いられる平行ニコル用と、シミ観察時に用いられる直交ニコル用の二種類の発光素子群を用いる必要がなく一種類の発光素子群で足り、また、偏光子を９０°回転させるまでもなく平行ニコルモードと直交ニコルモードを切り換えることができるようにするという目的を達成するために、
被観察物に当接させる観察孔が先端に形成された観察ヘッド内に、結像レンズ及び撮像素子を配すると共に、その撮像光軸の周囲には被観察物に照明光を照射する複数の発光素子を所定間隔で環状に配し、前記各発光素子から被観察物に至る照明光軸を遮るように環状の回転偏光フィルタを配すると共に、被観察物から前記撮像素子に至る撮像光軸上に検光子を配し、
回転偏光フィルタは、前記各照明光軸に対応する位置に所定間隔で透孔状又は切欠状の切除部を形成した第一偏光子及び第二偏光子を前記切除部同士が重ならないように所定の周方向角だけずらした状態で一体化して形成し、
前記第一偏光子の切除部を照明光軸上に位置させたときに第二偏光子と検光子が直交ニコルの関係になり、前記第二偏光子の切除部を照明光軸上に位置させたときは第一偏光子と検光子が平行ニコルの関係になるように夫々の偏光方向を設定した。

図１は本発明に係る偏光照明付観察装置の一例を示す全体構成図、図２はその要部を示す分解図、図３はそれに用いる回転偏光フィルタを示す説明図、図４は他の実施形態の一例を示す全体構成図、図５はその要部を示す説明図、図６はそれに用いる回転偏光フィルタを示す説明図である。

図１〜図３に示す偏光照明付観察装置１は、肌の肌理(キメ)観察及びシミ観察に用いられるもので、被観察物となる肌に当接させる観察孔２が先端に形成された観察ヘッド３内に、結像レンズ４及び撮像素子５が配されると共に、その撮像光軸Ｘ_Ｄの周囲には被観察物に照明光を照射する複数（本例では８個）の高輝度発光素子からなる発光素子６…が等角的に位置するように所定間隔で環状に配されている。
そして、前記各発光素子６…から被観察物に至る照明光軸Ｘ_Ｌ…を遮るように環状の回転偏光フィルタ７が配され、被観察物から撮像素子５に至る前記撮像光軸Ｘ_Ｄ上に検光子Ａが配されて成る。

回転偏光フィルタ７は、各照明光軸Ｘ_Ｌ…に対応する位置に所定間隔で透孔（切除部）Ｈ_１…及びＨ_２…を形成した第一偏光子Ｐ_１及び第二偏光子Ｐ_２が、透孔Ｈ_１…及びＨ_２…同士を重ねないように所定の周方向角φだけずらした状態で一体化して形成されている。
本例では、各偏光子Ｐ_１及びＰ_２は、外径４ｃｍ程度、内径２ｃｍ程度の環状フィルムで形成されており、半径１.５ｃｍのところに、直径３ｍｍの透孔Ｈ_１…及びＨ_２…が等角的に穿設されている。
そして、夫々の透孔Ｈ_１及びＨ_２が周方向角φ程度位置ずれした状態で積層されて一体化され、この状態で、各偏光子Ｐ_１及びＰ_２の偏光方向が、周方向角φ＋９０°に設定されると共に、撮像光軸Ｘ_Ｄの回りに周方向角φだけ正逆回動可能に装着されている。
例えば、第一偏光子Ｐ_１の隣り合う透孔Ｈ_１、Ｈ_１の中間位置に第二偏光子Ｐ_２の透孔Ｈ_２が位置するように各偏光子Ｐ_１及びＰ_２を配置すれば、その周方向角はφ＝２２.５°となり、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように夫々の透孔Ｈ_１及びＨ_２が隣接するように配置すれば、その周方向角φは約１２°となる。
この回転偏光フィルタ７を透過した照明光はプリズム８により、観察孔２の方向に屈折されて、被観察物に照射されるようになっている。

一方、検光子Ａは、直径２ｃｍ程度の円形フィルム状に形成されると共に、回転偏光フィルタ７の中心開口部に位置して、撮像光軸Ｘ_Ｄ上で回動不能に配されている。
そして、検光子Ａは、第二偏光子Ｐ_２の透孔Ｈ_２を照明光軸Ｘ_Ｌ上に位置させたときに、第一偏光子Ｐ_１と検光子Ａが平行ニコルの関係になるようにその偏光方向が定められ、これにより、回転偏光フィルタ７を周方向角φだけ回動させて第一偏光子Ｐ_１の透孔Ｈ_１を照明光軸Ｘ_Ｌ上に位置させたときに第二偏光子Ｐ_２と検光子Ａが直交ニコルの関係になる。
すなわち、回転偏光フィルタ７を周方向角φだけ正逆方向に回動させることにより第二偏光子Ｐ_２の透孔Ｈ_２を照明光軸Ｘ_Ｌ上に位置させれば肌理(キメ)観察に適した平行ニコルモードとなり（図１（ａ）、図２（ａ）、図３（ａ））、第一偏光子Ｐ_１の透孔Ｈ_１を照明光軸Ｘ_Ｌ上に位置させればシミ観察に適した直交ニコルモードとなる（図１（ｂ）、図２（ｂ）、図３（ｂ））。

以上が本発明の構成例であって、次にその作用について説明する。
観察装置１のスイッチ（図示せず）をオンすると、撮像素子５が起動して発光素子６…が点灯されるので、この状態で、観察ヘッド３を肌に当接させると、観察孔２を通して肌の拡大画像が撮像される。
すなわち、発光素子６からの照射光は、回転偏光フィルタ７を透過して肌に照射され、その反射光が検光子Ａを透過して結像レンズ４により撮像素子５に結像され、肌の拡大画像が映し出される。

このとき、第二偏光子Ｐ_２の各透孔Ｈ_２が照明光軸Ｘ_Ｌに位置するように回転偏光フィルタ７を操作すれば（図１（ａ））、照明光軸Ｘ_Ｌ上にある第一偏光子Ｐ_１と撮像光軸Ｘ_Ｄ上にある検光子Ａは平行ニコルとなる（図２（ａ）、図３（ａ））。
そして、第一偏光子Ｐ_１により直線偏光化された照射光が肌に照射されると、肌表面で反射されて偏光状態の維持された直接反射光と、皮膚内部で反射されて偏光状態が変化した間接反射光が検光子Ａに達するが、検光子Ａは第一偏光子Ｐ_１と平行ニコルにあるから、直接反射光はそのまま透過され、間接反射光はそのほとんどがカットされる。
したがって、肌表面からの直接反射光のみを観察することができ、肌表面の凹凸模様である肌理（キメ）を鮮明に映し出すことができる。

ここから、回転偏光フィルタ７を周方向角φ＝１２°だけ回転させると、各偏光子Ｐ_１及びＰ_２が一体に回動し、第一偏光子Ｐ_１の各透孔Ｈ_１が照明光軸Ｘ_Ｌに位置して（図１（ｂ））、照明光軸Ｘ_Ｌ上にある第二偏光子Ｐ_２と撮像光軸Ｘ_Ｄ上にある検光子Ａは直交ニコルとなる（図２（ｂ）、図３（ｂ））。
そして、第二偏光子Ｐ_２により直線偏光化された照射光が肌に照射されると、肌表面で反射されて偏光状態の維持された直接反射光と、皮膚内部で反射されて偏光状態が変化した間接反射光が検光子Ａに達するが、検光子Ａに達するが、検光子Ａは第二偏光子Ｐ_２と直交ニコルにあるから、直接反射光はそのほとんどがカットされ、間接反射光はそのまま透過される。
したがって、皮膚内部からの間接反射光のみを観察することができ、皮下に形成されるシミなどの色素沈着部を鮮明に映し出すことができる。

このように、本例によれば、回転偏光フィルタ７を透孔Ｈ_１及びＨ_２のずれ角に相当する周方向角φだけ正逆方向に回動させるだけで、肌理(キメ)観察に適した平行ニコルモードと、シミ観察に適した直交ニコルモードを簡単に切り換えることができる。
また、平行ニコルモードも直交ニコルモードも同じ発光素子を光源としているので、発光素子数が最小限で足り、製造コストを低減することができる。

図４〜図６は本発明に係る他の実施形態を示す。なお、図１〜図３と重複する部分は同一符号を付して詳細説明を省略する。

本例の偏光照明付観察装置１１は、回転偏光フィルタ１２の構造が異なるのみで、それ以外は実施例１の観察装置１と同様である。
すなわち、本例の回転偏光フィルタ１２は、円形の偏光板１３と、その偏光方向に対して直交する方向に配された環状の偏光板１４が積層して形成されている。
そして、円形の偏光板１３の周縁環状部分が第一偏光子Ｐ_１に形成され、その中央部分が検光子Ａに形成されている。
また、環状の偏光板１４が第二偏光子Ｐ_２に形成され、各偏光子Ｐ_１及びＰ_２と検光子Ａが全て一体に形成されている。

各偏光子Ｐ_１及びＰ_２には、各照明光軸Ｘ_Ｌ…に対応する位置に所定間隔で透孔（切除部）Ｈ_１…及びＨ_２…を形成した第一偏光子Ｐ_１及び第二偏光子Ｐ_２が、透孔Ｈ_１…及びＨ_２…同士を重ねないように所定の周方向角φだけずらした状態で一体化して形成されている点は、実施例１と同様である。

これによれば、第一偏光子Ｐ_１と検光子Ａは同一の偏光板１３に形成されているので、常に平行ニコルの状態にあり（図４（ａ）、図５（ａ）、図６（ａ））、第二偏光子Ｐ_２となる偏光板１４と検光子Ａが形成された偏光板１３とは偏光方向が直交するので常に直交ニコルの状態にある（図４（ｂ）、図５（ｂ）、図６（ｂ））。
したがって、この場合も実施例１と同様、回転偏光フィルタ１２を周方向角φだけ正逆方向に回動させることにより、第二偏光子Ｐ_２の透孔Ｈ_２を照明光軸Ｘ_Ｌ上に位置させた平行ニコルモードと、第一偏光子Ｐ_１の透孔Ｈ_１を照明光軸Ｘ_Ｌ上に位置させた直交ニコルモードに簡単に切り換えることができる。
また、平行ニコルモードも直交ニコルモードも同じ発光素子６…を光源とするので、発光素子数が最小限で足り、製造コストを低減することができる。

なお、上述の実施例の説明では、いずれも、各偏光子Ｐ_１及びＰ_２に透孔Ｈ_１…及びＨ_２…を形成した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、切欠を形成する場合であっても良い。

本発明は、被観察物に直線偏光を照射して、反射してきた光を平行ニコル及び直交ニコルに切り換えて観察する偏光照明付観察装置の用途に適用することができ、特に、肌表面を拡大してキメとシミを切り換えて観察する肌用の観察装置に適用できる。

本発明に係る偏光照明付観察装置の一例を示す全体構成図。その要部を示す分解図。それに用いる回転偏光フィルタを示す説明図。他の実施形態の一例を示す全体構成図。その要部を示す分解図。それに用いる回転偏光フィルタを示す説明図。

符号の説明

１偏光照明付観察装置
２観察孔
３観察ヘッド
４結像レンズ
５撮像素子
６発光素子
７回転偏光フィルタ
Ｐ_１第一偏光子
Ｐ_２第二偏光子
Ａ検光子
Ｈ_１、Ｈ_２透孔（切除部）
Ｘ_Ｄ撮像光軸
Ｘ_Ｌ照明光軸

Claims

被観察物に当接させる観察孔が先端に形成された観察ヘッド内に、結像レンズと撮像素子が配されると共に、その撮像光軸の周囲には被観察物に照明光を照射する複数の発光素子が所定間隔で環状に配され、前記各発光素子から被観察物に至る照明光軸を遮るように環状の回転偏光フィルタが配されると共に、被観察物から前記撮像素子に至る撮像光軸上に検光子が配されて成る偏光照明付観察装置において、
前記回転偏光フィルタは、前記各照明光軸に対応する位置に所定間隔で透孔状又は切欠状の切除部を形成した第一偏光子及び第二偏光子が前記切除部同士を重ねないように所定の周方向角だけずらした状態で一体化されて成り、
前記第一偏光子の切除部を照明光軸上に位置させたときに第二偏光子と検光子が直交ニコルの関係になり、前記第二偏光子の切除部を照明光軸上に位置させたときは第一偏光子と検光子が平行ニコルの関係になるように夫々の偏光方向が設定されたことを特徴とする偏光照明付観察装置。
前記第一偏光子及び第二偏光子が積層されて一体化されてなる請求項１記載の偏光照明付観察装置。
前記検光子が回転不能に設けられ、第一偏光子及び第二偏光子の偏光方向が、前記周方向角＋９０°に設定された請求項１又は２記載の偏光照明付観察装置。
一枚の円形偏光板の周縁環状部分が前記第一偏光子に形成され、その中央部分が前記検光子に形成され、第一偏光子となる前記偏光板と第二偏光子となる環状偏光板の偏光方向が直交した状態で一体化されて成る請求項１又は２記載の偏光照明付観察装置。