JP2014100203A - ヘッドライト - Google Patents

Abstract

【課題】ヘッドライト装着者の作業状態や姿勢に合わせて適切な照射状態を得ることのできる、姿勢反応型のヘッドライトを提供する。
【解決手段】ヘッドライト１０は、作業者がその頭部に装着して頭部の姿勢に関わらず頭部自体の前方を照明するためのものであって、ライト５と、装着部６と、位置情報を得るための姿勢計測装置２と、姿勢計測装置２により得られた位置情報に基づきライト５の照明状態を制御することの可能な照明制御装置３を備えた構成とする。なお電源９としてバッテリを使用可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は作業者が頭部に装着して用いるヘッドライトに係り、特に、ヘッドライト装着者の作業状態や姿勢に合わせて適切な照射状態を得ることのできる、いわば姿勢反応型のヘッドライトに関するものである。

作業者が頭部に装着して用いるヘッドライトは、医療分野や鉱業分野、あるいは工事現場などで多く使用されている。特に、手術時の執刀医が装着するなど、医療分野での利用においては、従来次のような問題があった。すなわち、複数の作業者が対面して、手術など主に下方を照らしての作業をする場合、従来のヘッドライトでは、点灯状態のまま頭を上げると対面者を正面から照らすことになってしまい、対面者が非常に眩しい思いをすることがあった。

このような望ましくない事態を回避するために、従来は、ヘッドライト装着者自身が手動や足下でのスイッチ操作によって点灯・消灯を切り換えたり、あるいは口答指示により第三者に消灯・点灯操作を切り換えさせる必要があった。しかし、手術現場など両手を不用意に使用できない環境においては、手動によるスイッチ操作は困難であった。また、足下にスイッチ類を置く方法も、作業の障害になり得る上、その分のスペースを必要とするという問題があるのみならず、装着者自身によるスイッチ操作自体が作業集中を害する要因ともなっていた。

なお、ヘッドライトについては従来、複数の技術的提案もがなされている。このうち後掲特許文献１には、操作者の頭部への重量負担を軽くし、かつ照射光の光量を減少させてＣＣＤの加熱による特性変化を生じさせない手術用撮像装置付ヘッドライトの提供を目的として、光源から伝送された光がレンズユニットの上部からハーフミラーに入射し、入射光はハーフミラーにより反射し照射光となって物体に照射され、物体からの戻りの反射光はハーフミラーによって透過されて透過光となり、カメラ部に取り込まれてＣＣＤの平面上に結像し、これは電気信号の映像信号に変換される、という技術が開示されている。

特開２００５−３３４１３１号公報「撮像装置付きヘッドライト及び撮像装置付き照明システム」

さて、手術時など医療現場でのヘッドライト使用に伴う上述のような問題の解決は、未だになされていない。また、特許文献開示技術を含む従来技術の中にも、その解決手段を与えた例は未だに認められない。すなわち、作業集中を害する要因となる装着者自身による手や足によるスイッチ操作を要することなく、また足下に設置するスイッチ類などによる作業の障害や空間占有の状況を招くことなく、ヘッドライト装着者の作業状況に合わせて適切な照射状態を得ることのできる、いわば姿勢反応型のヘッドライトがあれば、大変便利である。これは、医療現場に限らず、作業状況に合わせた照射状態（点灯・消灯）の臨まれる分野全てにおいて、共通するニーズである。

そこで本発明が解決しようとする課題は、かかる従来技術の問題点を踏まえ、ヘッドライト装着者の作業状態や姿勢に合わせて適切な照射状態を得ることのできる、いわば姿勢反応型のヘッドライトを提供することである。

また、これに加えて本発明の課題は、装着者におけるハンドフリーを実現でき、疲労抑制にもつながり、さらに省電力化をも図ることができる、姿勢反応型のヘッドライトを提供することである。

本願発明者は上記課題について検討した結果、ヘッドライト内に姿勢計測装置を搭載して位置情報を得ることにより、作業状態に合わせて、下方照射時は点灯、正面を向く（頭を上げる）時は消灯または減光といったパターンで、ヘッドライト装着者が意図するとおりに自動的にライト点灯・消灯等を行えるようにし、作業への集中、眩しさによる対面者の迷惑を回避でき、かつ同時に省電力化も可能となることに想到し、本発明に至った。すなわち、上記課題を解決するための手段として本願で特許請求される発明、もしくは少なくとも開示される発明は、以下の通りである。

〔１〕 頭部に装着して前方を照明可能なヘッドライトであって、位置情報を得るための姿勢計測装置と、該姿勢計測装置により得られた位置情報に基づきライトの照明状態を制御することの可能な照明制御装置を備えていることを特徴とする、ヘッドライト。
〔２〕 前記照明制御装置は、本ヘッドライトの照射方向の傾き角度に基づいて前記ライトの照明状態を制御可能であることを特徴とする、〔１〕に記載のヘッドライト。
〔３〕 前記照明制御装置は、前記位置情報に基づく照明状態制御のパターンを動作パターンとして複数個記憶しており、これにより本ヘッドライト使用作業内容に応じた照明状態を提供可能であることを特徴とする、〔１〕または〔２〕に記載のヘッドライト。
〔４〕 前記照明状態の制御は、前記ライトの点灯・消灯制御、点灯・減光・消灯制御、または点灯・減光制御のいずれかであることを特徴とする、〔１〕ないし〔３〕のいずれかに記載のヘッドライト。

〔５〕 前記照明制御装置における照明状態の制御に係る信号（以下、「状態信号」という。）、または前記姿勢計測装置により得られる位置情報に係る信号（以下、「姿勢信号」という。）の少なくともいずれかを、無線または有線により外部へ送信するための送信手段を備えていることを特徴とする、〔１〕ないし〔４〕のいずれかに記載のヘッドライト。
〔６〕 電源としてバッテリーを用いることを特徴とする、〔１〕ないし〔５〕のいずれかに記載のヘッドライト。
〔７〕 前記ライトには高輝度ＬＥＤを用いることを特徴とする、〔１〕ないし〔６〕のいずれかに記載のヘッドライト。
〔８〕 前記姿勢計測装置は角速度センサまたは加速度センサであることを特徴とする、〔１〕ないし〔７〕のいずれかに記載のヘッドライト。

〔９〕 前記ライトを投射レンズとする投影手段を備えており、切り替えにより投影装置として使用可能であることを特徴とする、〔１〕ないし〔８〕のいずれかに記載のヘッドライト。
〔１０〕 撮像装置を備えていることを特徴とする、〔１〕ないし〔９〕のいずれかに記載のヘッドライト。
〔１１〕前記電源、投影手段または撮像装置の少なくともいずれかは、本ヘッドライトに対し脱着可能に形成されていることを特徴とする、〔６〕ないし〔１０〕のいずれかに記載のヘッドライト。
〔１２〕 手術用または診察用に使用可能であることを特徴とする、〔１〕ないし〔１１〕のいずれかに記載のヘッドライト。

本発明のヘッドライトは上述のように構成されるため、これによれば、いわば姿勢反応型のヘッドライトとして、ヘッドライト装着者の作業状態や姿勢に合わせて適切な照射状態を得ることができる。つまり、手術のように作業対象が下方にある場合の対面者の眩しさ回避など、作業状況に合わせた点灯・消灯あるいは減光という照射状態を、作業者（装着者）の意図するとおりに適切に得ることができる。

また本発明ヘッドライトによれば、装着者におけるハンドフリーを実現できるため、作業集中度を高めることができる。さらに疲労軽減にもつながり、さらに省電力化をも図ることができる。特に、ライトに高輝度ＬＥＤを使用する場合は、これによりバッテリ化が可能となり、コードレスによる軽量化ができるため、装着者の疲労軽減・抑制効果が高い。

本発明のヘッドライトの基本的構成を示す概念図である。 本発明のヘッドライトの基本的形態を概念的に示す説明図である。 本発明のヘッドライトの使用方法例を示す説明図である（点灯状態）。 本発明のヘッドライトの使用方法例を示す説明図である（減光状態）。 本発明のヘッドライトの別の使用方法例を示す説明図である（点灯状態）。 本発明のヘッドライトの別の使用方法例を示す説明図である（減光状態）。 送信手段を備えた本発明のヘッドライトの構成を示す概念図である。 投影手段を備えた本発明のヘッドライトの構成を示す概念図である。 撮像装置を備えた本発明のヘッドライトの構成を示す概念図である。

以下、図面により本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明のヘッドライトの基本的構成を示す概念図である。また、
図２は本発明のヘッドライトの基本的形態を概念的に示す説明図である。図１に示すように本ヘッドライト１０は、作業者Ａがその頭部Ｈに装着して頭部Ｈ自体の前方を照明方向とするものであって、ライト５と、頭部Ｈに装着するための装着部６と、位置情報を得るための姿勢計測装置２と、姿勢計測装置２により得られた位置情報に基づきライト５の照明状態を制御することの可能な照明制御装置３を備えていることを、主たる構成とする。

なお姿勢計測装置２の例としては後述するように角速度センサ（ジャイロ）等を、また照明制御装置３の例としてはＣＰＵを、好適に用いることができる。また、角度、角速度、加速度はいずれも、本発明の位置情報に該当する。

なお、ここで照明方向である「前方」とは、少なくとも作業者Ａの視野範囲内、または目視観察範囲内をいう。また、照明方向であることが必ずしも照明（点灯）がなされることを意味せず、照明方向であってかつ所定の照明制御（点灯）がなされていることによって、照明（点灯）がなされる。つまり本発明にいう「照明方向」とは換言すれば、「照明（点灯）／消灯等の対象となる方向」である。

図示するように姿勢計測装置２と照明制御装置３とは装置部１に内臓された構成とすることができる。また、本図は概念図であるため、装置部１と装着部６とは、ライト５とはつながっているものの相互に分離しているように表示しているが、装着部６に装置部１を付設して用いる構成とすることができる。また装置部１には、内蔵された姿勢計測装置２等に電力を供給する電源９が接続される。

図２は本ヘッドライトの側面視形態であるが、ヘッドライト２１０は、装着部２６にライト２５と装置部２１が取り付けられ、ライト２５と装置部２１とは接続しており、また装置部２１に電源２９が接続している構成とすることができる。図示するように、装着部２６はヘッドバンド形状とすることができるが、帽子形状、ヘッドギア形状など、他の形態であってもよい。

かかる構成により本ヘッドライト１０（２１０）は、装着部６（２６）により作業者Ａの頭部Ｈに装着され、以後、作業状態による頭部Ｈの姿勢・動きに伴い、装置部１（２１）内の姿勢計測装置２によりかかる姿勢・動きに基づく位置情報が得られ、姿勢計測装置２とつながっている照明制御装置３では姿勢計測装置２により得られた位置情報に基づきライト５（２５）の照明状態が所定の方法にて制御され、ライト５（２５）における照明（点灯）・消灯等が、何ら手や足による操作を要することなく、頭部Ｈの姿勢・動きが感知されることによって自動的になされ、頭部Ｈの前方が照明されたり、消灯されたりする。

なお、電源９（２９）としてはバッテリーを好適に用いることができる。また、ライト５（２５）には高輝度ＬＥＤを用いることができる。高輝度ＬＥＤを使用することで電源のバッテリ化、コードレス化がより容易なものとなり、軽量化できるため、作業者Ａが腰部等に装着するような仕様のバッテリにする場合も負担が軽く、疲労を軽減でき、作業集中を損なわない。

図３Ａは、本発明のヘッドライトの使用方法例を示す説明図であり、点灯状態を示す。また、
図３Ｂは同様に、減光状態を示す説明図である。これらに示すように本ヘッドライト２１０は、装置部２１内の照明制御装置が、照射方向の傾き角度に基づいてライト２５の照明状態を制御可能な構成とすることができる。つまり、ヘッドライト２１０の傾き角度による照射状態変更を可能なように姿勢計測装置が設計され、用いられるものとすることができる。つまりこれによれば、作業者Ａの作業状態や姿勢に合わせて、点灯・消灯・あるいは減光といった適切な照射状態に変更することができる。なお姿勢計測装置としては、たとえば角速度センサ（ジャイロ）や加速度センサ等を好適に用いることができる。

たとえば図３Ａ等に示すように、作業者Ａが下方に位置する照射対象Ｃに対して作業するために頭部Ｈを下方に傾けると、それに伴いヘッドライト２１０は下方へと向くが、かかる角度変化を装置部２１内の姿勢計測装置が検知し、その情報に基づいて照明制御装置がライト２５の照明状態を点灯に制御し、ライト２５からは通常光Ｌ（照明に適した光度の光）が照射対象Ｃに対して照射される。

そして、作業者Ａが頭部Ｈを元に戻すと（図３Ｂ）、それに伴いヘッドライト２１０は上方へと向くが、かかる角度変化を装置部２１内の姿勢計測装置が検知し、その情報に基づいて照明制御装置がライト２５の照明状態を消灯、あるいは減光に制御し（図では減光）、ライト２５が消灯されるか、またはライト２５から減光Ｍが前方に対して照射されるため、対面する作業者Ｂは眩しさを感じることがない。

図３Ａ等で例示した構成のヘッドライト２１０は、たとえば手術現場などのように、比較的下方に作業すべき照射対象Ｃを位置させての作業に適している。また、点灯／消灯（あるいは減光）を切り換えるための検知角度は、必要に応じて適宜に設計することができる。たとえば、水平を０°として下方への傾斜角４０°以上となったら点灯、３９°以下（または４０°未満）となったら消灯もしくは減光、と設定する等である。

なお、照明状態の制御は適宜のパターンを設計すればよい。たとえば、ライト２５の点灯・消灯制御、点灯・減光・消灯制御、または点灯・減光制御のいずれのパターンでもよい。

図４Ａは、本発明のヘッドライトの別の使用方法例を示す説明図であり、点灯状態を示す。また、
図４Ｂは同様に、減光状態を示す説明図である。これらに示すように、作業者Ａが前方に位置する照射対象Ｄに対して作業するために頭部Ｈを水平方向前方に突き出すと、それに伴いヘッドライト４１０は前方へと向くが、この際の加速度変化を装置部４１内の姿勢計測装置が検知し、その情報に基づいて照明制御装置がライト４５の照明状態を点灯に制御し、ライト４５からは通常光Ｌ（照明に適した光度の光）が照射対象Ｄに対して照射される。

そして、作業者Ａが頭部Ｈを元に戻すと（図４Ｂ）、それに伴いヘッドライト４１０は後方の元の位置に戻るが、この際の加速度変化を装置部４１内の姿勢計測装置が検知し、その情報に基づいて照明制御装置がライト４５の照明状態を消灯、あるいは減光に制御し（図では減光）、ライト４５が消灯されるか、またはライト４５から減光Ｍが前方に対して照射されるため、対面する照射対象Ｄが人である場合、Ｄは眩しさを感じることがない。

図４Ａ等で例示した構成のヘッドライト４１０は、たとえば耳鼻咽喉科における診察や処置などのように、照射対象Ｄである人が作業者Ａと対面していて、照射の必要な作業時には照射対象Ｄの視野範囲からヘッドライト４１０が外れ、それ以外の時には照射対象Ｄの視野範囲にヘッドライト４１０が入るような場合に適している。

また、点灯／消灯（あるいは減光）を切り換えるための加速度検知は、必要に応じて適宜に設計することができる。たとえば、照射対象Ｄへの方向を＋として、＋の加速度が生じた場合には点灯への切り替えが生じて、加速度変化がゼロになってもそれが維持されて点灯状態が保持され、一方、頭部Ｈを戻す方向すなわち−の加速度が生じた場合には消灯（あるいは減光）への切り替えが生じて、加速度変化がゼロになってもそれが維持されて消灯（あるいは減光）状態が保持される、等である。

なお本発明ヘッドライトは、照明制御装置が位置情報に基づく照明状態制御のパターンを動作パターンとして複数個記憶しており、これにより本ヘッドライト使用作業内容に応じた照明状態を提供可能な構成としてもよい。これにより作業者は、いくつかの動作パターンの中から適切なものを選択することができる。たとえば、（ａ）点灯／消灯パターン、（ｂ）点灯／減光パターン の選択、あるいはまた、（ｃ）４０°切り換えパターン、（ｄ）３０°切り換えパターン の選択、等である。

図５は、送信手段を備えた本発明のヘッドライトの構成を示す概念図である。図示するように本ヘッドライト５１０は、照明制御装置５３における照明状態の制御に係る信号（状態信号）、または姿勢計測装置５２により得られる位置情報に係る信号（姿勢信号）の少なくともいずれかを、無線または有線により外部へ送信するための送信手段５４を備えた構成とすることができる。

かかる構成の本ヘッドライト５１０によれば、状態信号または姿勢信号の少なくともいずれかは、無線または有線により外部へと送信可能であるため、外部の電子計算機等の処理装置によって、これらの信号の監視・管理・保存、あるいはこれらの信号に基づく外部からの制御等を行うシステムを構築する、等のことができる。後述する撮像装置付きのヘッドライトの場合、送信手段５４によって、撮影された映像・音声付き映像の外部への送信・保存等を行う構成とすることができる。

また、本発明ヘッドライトでは、送信手段と併せて、または送信手段に替えて受信手段を設ける構成とすることもできる（図示せず）。後述する投影手段付きのヘッドライトの場合、受信手段により外部からの投影用映像を受信して、投影する構成とすることができる。

図６は、投影手段を備えた本発明のヘッドライトの構成を示す概念図である。図示するように本ヘッドライト６１０は、ライト６５を投射レンズとする投影手段６７を備えており、切り替えによりライト６５を投影装置として使用可能であることを特徴的な構成とする。これにより、作業中に並行して行う場合であれ、作業外に投影装置単独として使用する場合であれ、任意のさまざまな情報を投影することができる。

図７は、撮像装置を備えた本発明のヘッドライトの構成を示す概念図である。図示するように本ヘッドライト７１０は、撮像装置７８を備えていることを特徴的な構成とする。これにより、ヘッドライト７１０を用いた照射による作業と並行して、作業状況を撮影することができる。撮影された映像は、上述の送信手段５４を備えたヘッドライトであれば当該手段によって外部に中継したり、外部で保存してもよいし、また、装置部７１中に保存手段を設けてこれに保存し、事後に適宜の方法にて利用することとしてもよい。

以上述べた電源、投影手段または撮像装置は、これらの一部または全部を本ヘッドライトに設けることができるが、その一部または全部を、本ヘッドライトの装着部に対し脱着可能な構成とすることができる。

本発明のヘッドライトによれば、いわば姿勢反応型のヘッドライトとして、ヘッドライト装着者の作業状態や姿勢に合わせて適切な照射状態を得ることができる。つまり、手術のように作業対象が下方にある場合の対面者の眩しさ回避など、作業状況に合わせた点灯・消灯あるいは減光という照射状態を、作業者（装着者）の意図するとおりに適切に得ることができる。さらに、ハンドフリーによる作業集中度の向上、疲労軽減、省電力化も可能である。したがって、手術用・診察用・処置用といった医療現場やその関連産業を初めとして、ヘッドライトの使用される全分野において産業上利用性が高い発明である。

１、２１、４１、５１、６１、７１…装置部
２、５２、６２、７２…姿勢計測装置
３、５３、６３、７３…照明制御装置
５、２５、４５、５５、６５、７５…ライト
６、２６、４６、５６、６６、７６…装着部
９、２９、４９、５９、６９、７９…電源
１０、２１０、４１０、５１０、６１０、７１０…ヘッドライト
５４…送信手段
６７…投影手段
７８…撮像装置
Ａ…作業者、 Ｂ…対面する作業者
Ｃ、Ｄ…照射対象
Ｈ…頭部
Ｌ…通常光、 Ｍ…減光

Claims (12)

1. 頭部に装着して前方を照明可能なヘッドライトであって、位置情報を得るための姿勢計測装置と、該姿勢計測装置により得られた位置情報に基づきライトの照明状態を制御することの可能な照明制御装置を備えていることを特徴とする、ヘッドライト。
2. 前記照明制御装置は、本ヘッドライトの照射方向の傾き角度に基づいて前記ライトの照明状態を制御可能であることを特徴とする、請求項１に記載のヘッドライト。
3. 前記照明制御装置は、前記位置情報に基づく照明状態制御のパターンを動作パターンとして複数個記憶しており、これにより本ヘッドライト使用作業内容に応じた照明状態を提供可能であることを特徴とする、請求項１または２に記載のヘッドライト。
4. 前記照明状態の制御は、前記ライトの点灯・消灯制御、点灯・減光・消灯制御、または点灯・減光制御のいずれかであることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載のヘッドライト。
5. 前記照明制御装置における照明状態の制御に係る信号（以下、「状態信号」という。）、または前記姿勢計測装置により得られる位置情報に係る信号（以下、「姿勢信号」という。）の少なくともいずれかを、無線または有線により外部へ送信するための送信手段を備えていることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載のヘッドライト。
6. 電源としてバッテリーを用いることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載のヘッドライト。
7. 前記ライトには高輝度ＬＥＤを用いることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれかに記載のヘッドライト。
8. 前記姿勢計測装置は角速度センサまたは加速度センサであることを特徴とする、請求項１ないし７のいずれかに記載のヘッドライト。
9. 前記ライトを投射レンズとする投影手段を備えており、切り替えにより投影装置として使用可能であることを特徴とする、請求項１ないし８のいずれかに記載のヘッドライト。
10. 撮像装置を備えていることを特徴とする、請求項１ないし９のいずれかに記載のヘッドライト。
11. 前記電源、投影手段または撮像装置の少なくともいずれかは、本ヘッドライトに対し脱着可能に形成されていることを特徴とする、請求項６ないし１０のいずれかに記載のヘッドライト。
12. 手術用、診察用または美容整形術用に使用可能であることを特徴とする、請求項１ないし１１のいずれかに記載のヘッドライト。
    

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