JP2005150063A - スイッチユニットおよびそれを用いた入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 押し型スイッチと圧センサを組み合わせたＡＩ−ＳＷとエンコーダ機能を用い、１つのダイヤルの押圧又は回転操作により電気的に変化した状態を読取り、デジタル画像の表示制御に必要な入力信号を生成するためのスイッチユニットの提供。
【解決手段】 ２次元シーソー機構に取り付けたロータリエンコーダ９の回転軸にダイヤル３を設けて正逆回転可能かつ前後左右に傾動可能にし、このダイヤルを前後左右のいずれかの方向へ傾けたときの押圧力によりオンオフする１段押し型スイッチ４および押圧力を電気信号に変換する圧センサ５とが対になって十字形に４組配置するとともに、ダイヤルの回転方向に応じた電気信号を出力する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、多数ページで構成されるデジタル画像を表示するための操作信号を与えるメカニカル・スイッチにエンコーダー機能を組み合わせたスイッチユニットおよびそれを利用した診断、参照などに利用される医用デジタル画像を表示するための操作信号を与える入力装置および当該入力装置を用いて構成される医用３Ｄ画像表示装置に関する。

医療現場では、ＣＴ画像、ＭＲ画像、レントゲン画像、造影画像、アンギオ画像、等の医用画像を焼き付けたフィルムが必ず必須として存在している。これらのフィルムは、各種装置で撮影した画像をイメージャーなるフィルムへの画像焼付け装置を用いて各種装置を扱う部署、例えば大規模病院の放射線科が作成し、管理しているのが現状である。作成されたフィルムは、放射線科医により読影され、読影結果はレポートとして各専門医（整形外科、内科、脳神経外科、外科、皮膚科等）へフィルムと一緒に手渡される。各専門医は、フィルムと放射線科医が作成したレポートを基に、診断や治療方針が判断されている。

近時、Ｘ線ＣＴの技術革新により、高い解像度のＣＴ画像が大量かつ短時間に撮影できるようになり、診断等に利用されている。ＣＴ画像の表示装置として、コンピュータを用いてキーボートとマウスの操作によりＣＲＴ等のディスプレイ上に多数のＣＴ画像を、２Ｄ（２次元画像）表示のみならず３Ｄ（３次元画像）表示する装置が製造され、販売されている。

ＣＴ，ＭＲ画像のアクシャル、サジタル、コロナル画像と同等の判断手段の一つとして、３Ｄ画像を操作者のストレスなく、待ち時間なく作成し、表示する機器（高性能コンピュータ）が、一般的に医療現場に普及されてきた。これら３Ｄ画像表示機器はＣＴ，ＭＲ画像を元にさまざまな手法で３Ｄ画像を作成し、モニタに表示する機器である。

マウス、キーボードを用いることなく、断層画像を捲り２Ｄ画像表示する画像表示装置が、例えば特許文献１に提案されている。特許文献１には、１シリーズの断層画像の表示速度を可変調節つまみのスライド操作により任意に設定する技術が開示されている。

特開２００２−１６５７８７

ところで、フィルムレスとなると、オペ室での現場、各課外来でも画像データを観る装置が不可欠となる。しかし、それらの現場において、読影するという作業はなく、出来上がってきた医用画像データを参照し、さまざまな判断、診断が行なわれる。
ところで、３Ｄ画像の操作はキーボード、マウスを用いて行われており、画像をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向を中心に回転可能に構成されている。しかしながら、キーボード、マウスで３Ｄ画像を操作するとＸ，Ｙ，Ｚ軸の３方向を自在に画像が動くため、操作者は画像を回転、移動させている間に、画像がどのような位置、状態にあるかが全く判らなくなる。言い換えれば、キーボード、マウスでは３Ｄ画像を正しく操作者の思う位置に導くことが大変に困難になる。

このような問題を解決するため、市場に出回っている３Ｄ画像表示機器のソフト画面には、正立方体（正面、後ろ面、右側面、左側面、上面、下面）の位置合わせモデルが存在する。操作者は画像がどのような位置、状態にあるか判らなくなった時、上記画面に表示されているモデルを確認し操作する。例えば、判らなくなった時、一旦、正面からの３Ｄ画像にするには、正立方体にある「正面」を操作すれば、正面からの３Ｄ画像が表示される。このような３Ｄ画像表示の操作は非常に煩わしいという問題があった。

本発明の目的は押し型スイッチと圧センサを組み合わせたスイッチ手段（以下ＡＩ−ＳＷと称す）とエンコーダ機能を用い、１つのダイヤルの押圧操作又は回転操作により電気的に変化した状態を読取り、デジタル画像の表示制御に必要な入力信号を生成するためのスイッチユニットを提供することにある。

本発明の他の目的は押し型スイッチと圧センサを組み合わせたＡＩ−ＳＷとエンコーダ機能を有するスイッチユニットを用い、１つのダイヤルの押圧操作又は回転操作による入力によりデジタル画像の変更表示を可能にした簡便で操作性の良い画像表示用入力装置および当該入力装置を用いた医用画像表示装置を提供することにある。

請求項１の発明は、デジタル画像の表示制御に必要な信号を発生させるスイッチユニットにおいて、正逆回転可能および傾動可能に支持されたダイヤルを有する操作手段と、ダイヤルを傾動させたときの押圧力によりオンオフする押し型スイッチおよび前記押圧力を電気信号に変換する圧センサとが対になって複数個配置され、前記押圧力を押し型スイッチと圧センサのいずれか一方に作用させると当該押圧力が他方にも作用するスイッチ手段と、ダイヤルの回転方向に応じた電気信号を出力するロータリエンコーダとを備えていることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１において、ダイヤルが前後左右の４つの方向で傾動可能に支持されているとともに、スイッチ手段がダイヤルを前後左右のいずれかの方向へ傾けたときの押圧力によりオンオフする押し型スイッチおよび前記押圧力を電気信号に変換する圧センサとが対になって十字形に配置され、前記押圧力を押し型スイッチと圧センサのいずれか一方に作用させると当該押圧力が他方にも作用するよう構成されていることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２において、ロータリエンコーダと該ロータリエンコーダの回転軸にダイヤルが取り付けられ、ロータリエンコーダの回転軸の軸線上にシーソー動作の支点を有するシーソー機構を備え、シーソー機構によりスイッチ手段を操作することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかの記載において、押し型スイッチと圧センサのいずれか一方をダイヤル側の基板に、他方を固定の基板にそれぞれを設け、押し型スイッチおよび圧センサに対してダイヤルを前後左右に傾けたときの押圧力が同じ作用線上で働くように配置されていることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載のスイッチユニットと、スイッチユニットのダイヤルの押圧又は回転で得られるスイッチ手段およびロータリエンコーダの信号に基づいてデジタル画像の表示制御に必要な入力信号を生成する制御手段とを備え、制御手段はデジタル画像の表示制御を複数段に分けて制御する為の複数のしきい値を設定すると共に、押し型スイッチのオン時に読取った圧センサの検出値を初期値にし、押し型スイッチのオン後に読取った圧センサの検出値から初期値を減じた値が複数のしきい値のいずれかを超えているとき当該しきい値に対応付けされた入力信号を生成するとともに、ダイヤルの回転検出値から入力信号を生成することを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項５において、制御手段がスイッチ手段で得られた検出値によりＸ，Ｙ，Ｚ軸で表示する医用デジタル画像の入力信号を生成するとともに、ロータリエンコーダの回転検出値から各軸ごとに表示される医用デジタル画像の各軸の原点を中心として表示変更を行なう為の入力信号を生成することを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項６において、表示変更が原点を回転中心とした回転表示であることを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項６において、表示変更が原点を中心とした倍率変更表示であることを特徴とする。

本発明のスイッチユニットによれば、ダイヤルの押圧操作によってＡＩ−ＳＷから押し型スイッチの電気的な状態変化および圧センサの押圧力に応じた電気信号を取出すことができるとともに、ダイヤルの回転操作によってロータリエンコーダの出力値を取出すことができる。

本発明の入力装置によれば、制御手段がスイッチユニットの押し型スイッチのオンオフと圧センサの検出値を読取る。更に制御手段がスイッチユニットのロータリエンコーダの回転方向とそのときの出力値を読取る。制御対象を複数段に制御する場合、制御手段が押し型スイッチの状態変化を読取って１段目の入力信号を生成し、２段目からは圧センサの検出値から複数の入力信号を生成するとともに、ロータリエンコーダの出力値から入力信号を生成する。

本発明の医用画像表示用入力装置によれば、ダイヤルの押圧操作により医用画像の２Ｄ表示の操作を行った後、ダイヤルの回転操作により、例えばオブリーク・ＭＲＰ画面を操作し３Ｄ表示が可能となる。

以下に本発明の実施例を説明する。

図１は本発明のスイッチユニットの平面図、図２は図１のＩ−Ｉ断面図である。ここでは、図１に示すようにスイッチユニットを置いて操作するとき、操作者から見て、図面中のダイヤルの回転中心から前方の周辺を「奥」、後方の周辺を「手前」とし、同様に右方の周辺を「右」、左方の周辺を「左」として説明する。

スイッチユニット１は箱型のケーシング２の上面に主要な要素として、ダイヤル３やキー７が配置されている。本実施例ではキー７がキーＡ，Ｂ，Ｃ，＊から構成されている。ダイヤル３はケーシング２のほぼ中央に配置され、周囲にキーＡ，Ｂ，Ｃ，＊が配置されている。ダイヤル３の手前と奥、および左右のいずれかを押すことにより後述の１段押し型スイッチ４および圧センサ５から電気信号を得る。本発明では１段押し型スイッチ４と圧センサ５とを組み合わせたスイッチ手段をＡＩ−ＳＷ１０と称する。

図２において、スイッチユニット１はケーシング２に取り付けられた第一の基板８上に十字形（直交）に４つのＡＩ−ＳＷ１０が配設されており、その中央の軸体６によって傾動可能なダイヤル３が配設されている。このダイヤル３の押し操作によって各ＡＩ−ＳＷ１０が動作する。

図１において、キーＡ，Ｂ，Ｃ，＊は押し操作によりモニタ画面に同時表示された複数の画面をアクティブ状態に切り替えるためのもので、キーＡはモニタ画面上のＡ画面、キーＢはモニタ画面上のＢ画面、キーＣはモニタ画面上のＣ画面のそれぞれをアクティブ状態にし、キー＊はＡ，Ｂ，Ｃ画面上の画像に関係したダイヤルの回転操作による画像を＊画面に表示する。アクティブ状態となった各表示画面において、ダイヤル３を回転操作すると表示画像の遷移や倍率変更が行なわれる。例えば、キー＊に回転表示機能或は倍率変更表示機能を割り付けると、Ａ画面はＸ軸でスライスした画像の表示、Ｂ画面はＹ軸でスライスした画像の表示、Ｃ画面はＺ軸でスライスした画像の表示、＊画面は各画面の基準画像に対して所定角度回転された画像や倍率変更された画像などが表示可能に構成される。

図３はスイッチユニットの図１のＩＩ−ＩＩ断面図、図４は図３のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。スイッチユニットはユーザの押圧操作又は回転操作により制御対象に必要な信号を発生させる機能を有し、下部支持板１１にはスイッチユニット１の軸部６が設けられている。軸部６は平行に立設された一対の軸受け板１２に上方を開放した箱形の第一の軸体１３を軸１４により回動可能に支持するとともに、第一の軸体１３には軸１４に直交する軸１５により逆Ｕ字形の第二の軸体１６が回動可能に支持されている。ここで、第一の軸体１３、第二の軸体１６、軸１４、軸１５はダイヤル３を前後左右に傾ける２次元シーソー機構を構成する。

第一の基板８は下部支持板１１の上方に配置され、スイッチユニット１の軸部６を逃がすための穴１７が形成されており、基板上面には穴１７を囲うように４つの押し型スイッチ４が直交配置されている。上部支持板１８は中央を第二の軸体１６に固定され、前後左右（４方向）に傾動可能に支持されており、その裏面には４つの押し型スイッチ４のそれぞれに対峙して圧センサ５が接着固定により配置されている。

上部支持板１８の上面には電気絶縁材の台座１９を介して第二の基板２０が配置されており、この第二の基板２０上に回転中心が軸１４，１５の交点を通るようロータリエンコーダ９（以下エンコーダと記す）が取り付けられている。エンコーダ９の回転軸にはエンコーダ全体を含む周囲を被う大径かつ円形のダイヤル３が取着されている。

図５は図３の状態から右ＡＩ−ＳＷの操作を示す図、図６は図４の状態から奥ＡＩ−ＳＷの操作を示す図である。ダイヤル３は中央から離れた前後左右の周辺部分を押すことによりその方向に傾動し、圧センサ５を介して押し型スイッチ４を押し、そのときの押し型スイッチ４の状態信号および圧センサ５による押圧力に応じた検出値が得られるとともに、左右いずれかの方向に回転させることによりエンコーダ９から電気信号が得られる。

押し型スイッチ４はダイヤル３の前後左右の周辺部分を押圧すると、オフからオンに切り替えられ、押圧を解除するとオンからオフに切り替わる機械的な構造の１段目スイッチである。圧センサ５はダイヤル３の押圧操作による押圧力を電気信号に変換するもので、制御対象を複数段に制御する場合、その（複数段−１）の信号を生成するために押圧力に応じた検出値を与える。後述する適用例では圧センサ５の検出値を２段目、３段目の信号発生に利用されている。

押し型スイッチ４と圧センサ５とはいずれか一方が他方に押圧力を作用させるよう配置される。圧センサ５と押し型スイッチ４のいずれか一方をダイヤル３側に、他方を固定の第一の基板８にそれぞれを設け、押し型スイッチ４および圧センサ５がダイヤル３の押圧力の同じ作用線上に配置する。

次にスイッチユニットの電気的な処理について説明する。図７はＡＩ−ＳＷ回路図、図８は本発明に係る入力装置を用いた画像表示装置のブロック図である。本例はＣＴ、ＭＲＩで撮影した人体の断層画像などの医用画像をディスプレイに表示する医用画像表示装置に適用したものである。

ＡＩ−ＳＷ回路はダイヤル３の押圧操作により４組のいずれかの１段押し型スイッチ４が圧センサ５を介して押し下げられてオン状態となり、圧センサ５の検出値が増幅器３０で増幅され、アナログ・デジタル変換器３１でデジタル値に変換されてコンピュータ（制御手段）１０１に入力される。

１ページ毎の画像データで１つの医用画像を表示し、この医用画像が多数ページで構成されている。画像表示装置は画像表示操作を行なう入力装置１００、制御手段を構成するコンピュータ１０１、表示手段を構成するディスプレイ１０２とデータ出力用のプリンタ１０３とからなる出力装置１０４、例えばＤＶＤなどに記録された医用画像データを取得する為のデータ読取装置１０５、他のシステムからネットワークを利用して医用画像データを取得する為のモデム１０６とから構成されている。各種の医用画像のデータがネットワークで構築されている施設ではネットワーク通信を用いてデータの転送が行われる。ネットワークが繋がっていない施設ではＤＶＤ、ＣＤ、メモリーカード等のメディアによるデータの搬送が可能である。その他の付加機器としては、例えばＤＶＤ−ＲＡＭなどのメディアに記録する書込装置が設置される。

図９から図１２は本発明のスイッチユニットを用いた３Ｄ画像表示の切替えフローの一例を示す。手前、奥、左、右のそれぞれのスイッチの初期値を０とする（ステップＳ１〜Ｓ４）。手前、奥、左、右のそれぞれのスイッチの３段目、２段目の各しきい値を設定する（ステップＳ５〜Ｓ８）。３Ｄ画像を表示する（ステップＳ９）。このとき手前圧センサ５の検出値を読取り手前初期値に設定する（ステップＳ１０）。

ダイヤル３の手前を押圧操作すると手前圧センサの検出値Ｓから手前初期値Ｉを減じ、この値Ａが３段目しきい値ＳＨ_３を超えているか否かを判断する（ステップＳ１１）。Ｓ−Ｉ＞ＳＨ_３が成立するときは画像を手前に１０度傾けて表示する（ステップＳ１２）。ステップＳ１１でＳ−Ｉ＞ＳＨ_３が成立しないときは２段目しきい値ＳＨ_２を超えているか否かを判断する（ステップＳ１３）。Ｓ−Ｉ＞ＳＨ_２が成立するときは画像を手前に３度傾けて表示する（ステップＳ１４）。Ｓ−Ｉ＞ＳＨ_２が成立しないときは手前１段目スイッチ（押し型スイッチ）がオン（ＯＮ）状態にあるか否かを判断する（ステップＳ１５）。オンのときは前回の手前１段目スイッチがオフ（ＯＦＦ）状態にあるか否かを判断する（ステップＳ１６）。ステップＳ１６でオフ状態、すなわち始めの操作、或いは奥側から手前の操作に移った場合には手前初期値を手前圧センサの検出値にした後（ステップＳ１７）、画像を１度傾けて表示する（ステップＳ１８）。一方ステップＳ１６で手前１段目スイッチのＯＮ状態が判断されると画像を１度傾けて表示する（ステップＳ１８）。その後ステップ１０にリターンする。

同様に、図１０に示すステップＳ１９〜Ｓ２７でダイヤルの奥の押圧操作による画像表示、図１１に示すステップＳ２８〜Ｓ３６でダイヤルの右の押圧操作による画像表示、図１２に示すステップＳ３７〜Ｓ４５でダイヤルの左の押圧操作による画像表示を行なう。
上記の表示画像に対して、ダイヤルを右回転させると（ステップＳ４６）、画像を５％拡大させて表示し（ステップＳ４７）、左回転させれると（ステップＳ４８）、画像を５％縮小して表示する（ステップＳ４９）。その後ステップ１０にリターンする。

本発明の入力装置は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向を制御する機能を有している。例えば、上下左右方向のＡＩ−ＳＷで、Ｘ，Ｙ軸方向をダイヤルの回転方向（エンコーダ）で２軸の方向が制御可能である。当然、入力装置からの出力コードを受ける方のプログラムを変更することでＸ，Ｙ，Ｚ軸を制御する機能分担のスイッチを変更することは容易である。例えば、Ｘ軸方向をダイヤルを回転することで操作し、Ｙ，Ｚ軸方向で上下左右のＡＩ−ＳＷで制御する。更に、ＡＩ−ＳＷは圧に応じた信号を出力するようプログラムされていることから、クロスの位置に配されたＡＩ−ＳＷにおいては、Ｘ軸、Ｙ軸方向の中間、又割合に応じた圧からの信号を出力すれば、ジョイステックのような動きが可能となる。

本発明の他の実施形態を説明する。
ダイヤルの傾動手段として、シーソー機構の適用で説明したが、これに限定されるものではない。他の機構はダイヤルを球面軸受けで支持し、３６０度のどの方向でも傾動可能にし、その領域にＡＩ−ＳＷを多数個、例えば６個、１２個配置するようにしても良い。
ロータリエンコーダはダイヤルの傾動手段の支点に回転中心を一致させて配置された構成で説明しているが、これに限定されるものではない。例えば、ダイヤルとロータリエンコーダのそれぞれの回転中心をずらして配置し、ダイヤルの回転を歯車機構などを介してロータリエンコーダに伝えるようにしても良い。

本発明に係るスイッチユニットの基本構成を示す平面図である。 図１のＩ−Ｉ断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。 図３のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 図３の状態から右ＡＩ−ＳＷの操作を示す図である。 図４の状態から奥ＡＩ−ＳＷの操作を示す図である。 ＡＩ−ＳＷ回路図である。 本発明に係る入力装置を用いた画像表示装置のブロック図である。 本発明のスイッチユニットを用いた３Ｄ画像表示の切替えフローの一例を示す図である。 図９に続くフロー図である。 図１０に続くフロー図である。 図１１に続くフロー図である。

符号の説明

１ スイッチユニット
２ ケーシング
３ ダイヤル
４ １段押し型スイッチ
５ 圧センサ
６ 軸部
７ キー
８ 第一の基板
９ ロータリエンコーダ
１０ ＡＩ−ＳＷ（スイッチ手段）
１１ 下部支持板
１２ 軸受け板
１３ 第一の軸体
１４ 軸
１５ 軸
１６ 第二の軸体
１８ 上部支持板
２０ 第二の基板

Claims (8)

1. デジタル画像の表示制御に必要な信号を発生させるスイッチユニットにおいて、
   正逆回転可能および傾動可能に支持されたダイヤルを有する操作手段と、
   前記ダイヤルを傾動させたときの押圧力によりオンオフする押し型スイッチおよび前記押圧力を電気信号に変換する圧センサとが対になって複数個配置され、前記押圧力を押し型スイッチと圧センサのいずれか一方に作用させると当該押圧力が他方にも作用するスイッチ手段と、
   前記ダイヤルの回転方向に応じた電気信号を出力するロータリエンコーダと、を備えていることを特徴とするスイッチユニット。
2. 請求項１において、ダイヤルが前後左右の４つの方向で傾動可能に支持されているとともに、スイッチ手段が前記ダイヤルを前後左右のいずれかの方向へ傾けたときの押圧力によりオンオフする押し型スイッチおよび前記押圧力を電気信号に変換する圧センサとが対になって十字形に配置され、前記押圧力を押し型スイッチと圧センサのいずれか一方に作用させると当該押圧力が他方にも作用するよう構成されていることを特徴とするスイッチユニット。
3. 請求項１または２において、ロータリエンコーダと該ロータリエンコーダの回転軸にダイヤルが取り付けられ、前記ロータリエンコーダの回転軸の軸線上にシーソー動作の支点を有するシーソー機構を備え、前記シーソー機構によりスイッチ手段を操作することを特徴とするスイッチユニット。
4. 請求項１〜３のいずれかの記載において、押し型スイッチと圧センサのいずれか一方をダイヤル側の基板に、他方を固定の基板にそれぞれを設け、前記押し型スイッチおよび圧センサに対して前記ダイヤルを前後左右に傾けたときの押圧力が同じ作用線上で働くように配置されていることを特徴とするスイッチユニット。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のスイッチユニットと、
   前記スイッチユニットのダイヤルの押圧又は回転で得られるスイッチ手段およびロータリエンコーダの信号に基づいてデジタル画像の表示制御に必要な入力信号を生成する制御手段と、を備え、
   前記制御手段はデジタル画像の表示制御を複数段に分けて制御する為の複数のしきい値を設定すると共に、押し型スイッチのオン時に読取った圧センサの検出値を初期値にし、押し型スイッチのオン後に読取った圧センサの検出値から前記初期値を減じた値が前記複数のしきい値のいずれかを超えているとき当該しきい値に対応付けされた入力信号を生成するとともに、ダイヤルの回転検出値から入力信号を生成することを特徴とする入力装置。
6. 請求項５において、制御手段がスイッチ手段で得られた検出値によりＸ，Ｙ，Ｚ軸で表示する医用デジタル画像の入力信号を生成するとともに、ロータリエンコーダの回転検出値から前記各軸ごとに表示される医用デジタル画像の各軸の原点を中心として表示変更を行なう為の入力信号を生成することを特徴とする医用３Ｄ画像表示用入力装置。
7. 請求項６において、表示変更が原点を回転中心とした回転表示であることを特徴とする医用３Ｄ画像表示用入力装置。
8. 請求項６において、表示変更が原点を中心とした倍率変更表示であることを特徴とする医用３Ｄ画像表示用入力装置。

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