JP2015109894A - 着脱式撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】施術者又は作業者の頭部に装着され、手元における施術又は作業の状況をモニタに表示可能な着脱式撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置2と光源装置3とは装着部4に保持されており、操作者は装着部4を身体に装着することでカメラを着用することができる。そして、光源装置3はLED6を収容している筐体ケース10を備えて、筐体ケース10が装着部4に取り付けられている軸4に回動可能に支持されていることで、光源装置3は装着部4に保持される。これにより、筐体ケース10を軸4を支点に回転させることで、内部に収容しているLED6の光軸を撮像装置2の被写体に合わせる調整を行うことができる。【選択図】図2

Description

本発明は、手元作業の経過を撮像記録する着脱可能な撮像装置に関するものであり、特に医療施術の撮像に好適な着脱式撮像装置に関する。
医療施術(手術)のような精確性を要求される施術や作業(以下、適宜「作業」という)を行う場合、作業の経過を撮像装置(カメラ)によって撮像することにより、映像の観察者が作業者に指示や助言等をリアルタイムで与えることができ作業に精確性を期すことができる。また、作業の様子を映像で記録しておけば、作業が適切に行われているかを後で確認することも可能となる。
例えば医療分野においては、医療施術を行っている箇所の状況を撮影して映像をモニタで表示することで、医師の補助者や施術対象者の家族などが施術状況を観察できるようになる。また、施術の映像を記録すれば、施術後に患者や家族に対して行う際の説明の資料や学術的な資料としても大いに有効となる。
このように作業の経過や様子を撮像装置で捉える場合、作業者が作業に集中できるようにするためには、撮像することが作業者への負担とならないようにすることが重要である。そのため、医療施術の場合においては、施術時に医師が顔に着用する双眼ルーペに撮像装置を組み込むことにより、医師が双眼ルーペを通して観察している施術適用部位の状況を撮像装置が撮像できるようにした医療用撮影装置が知られている。
このような双眼ルーペに撮像装置を組み込む構成に関して、従来から、双眼ルーペの左右二つの鏡筒部分の一方には撮像装置を取り付けて、他方には双眼ルーペにより視認される部位を照射するスポットライトを取り付けた双眼ルーペが知られている(例えば、特許文献1を参照)。また、撮像装置を着用者の頭上にヘッドバンドで支持して、双眼ルーペの鏡筒部分の間にスポットライトを配置した構成のヘッドマウント型双眼ルーペ装置も知られている(例えば、特許文献2を参照)。この場合、双眼ルーペが捉えた像は、光学系を通して撮像装置に導かれて撮像される。
特開2003−204972号公報 特開2009−98570号公報
しかしながら、従来の医療用撮像カメラは、撮像装置及びスポットライトが双眼ルーペに一体に組み込まれているために、構造が複雑となるばかりか双眼ルーペでしか使用できず撮像装置としての汎用性がなかった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、操作者が任意に着用できて、しかも確実且つ適切な撮影を行うことができる着脱式撮像装置の提供を目的としている。
本発明は、上記課題を解決するために、被写体を撮像し画像データに変換して出力する撮像装置と、前記被写体に光を照射する光源装置と、前記撮像装置と前記光源装置とを一体に保持して操作者の身体に装着される装着部とを備え、前記光源装置は、前記被写体への照射光の光源であるLEDと、前記照射光の光軸の角度を上下方向に調整する光方向変更部と、を備えた着脱式撮像装置を提供するものである。このとき、前記光方向変更部は、光軸の角度を水平方向に対して略3°の範囲で変更可能とするとよい。
そして、前記光源装置は筐体ケースに前記LEDを収容して構成されて、前記光方向変更部は、前記筐体ケースを上下方向に回動可能とすることで前記光軸の角度を調整するとよい。この場合の構成例として、前記光方向変更部は、前記筐体ケースの回動支点軸に固設される第1ギアと前記装着部に固設される第2ギアとで構成される。
また、本発明に係わる着脱式撮像装置は、前記画像データを表示するために別に設けられる映像処理装置から前記撮像装置及び前記光源装置への電源が供給されるようにしてもよい。このとき着脱式撮像装置と前記映像処理装置とはUSB接続であってもよく、USB接続する場合には3.0規格が最適である。
一方、前記撮像装置の撮像動作を制御するコントロールユニットを備えて、フレキシブルコードによって前記撮像装置と前記光源装置とに接続する。この場合、前記コントロールユニットには、前記光源装置と前記撮像装置への電源供給部を含むものでもよい。前記電源供給部は充電可能なバッテリー電源でもよい。
そして、本発明に係わる着脱式撮像装置は、作業者が着用する眼鏡状のフレームのブリッジ部に前記装着部を装着することができる。この場合、一対の把持片を有した把持具により前記ブリッジ部を直接把持又は前記ブリッジ部に形成した係合部を把持して装着できる。
また、リンク機構を介して前記把持具を前記装着部に装着することで、着脱式撮像装置1を上下及び前後へと任意に移動させることができる。
本発明によれば、撮像装置と光源装置とを保持している装着部を双眼ルーペ等の操作者の着用物に取り付ける構造のため、カメラの構造が簡略化されると共に汎用性も高まる。しかも、光源装置に光方向変更部を設けることで被写体に対して光軸を任意に合わせることができるため、多数の光源を撮像装置のレンズ周辺に配置したり、または照度の高い大容量の光源を使用せずとも、効率良く被写体を照らして確実且つ適切な撮影を行うことができる。
本発明の実施形態に係る着脱式撮像装置を側面から示す図。 光源装置の構成を側面から一部を断面により示す図。 光源装置による光軸の角度調整を示す説明図。 着脱式撮像装置の一部を側面から示して光方向変更部の他の構成例を説明する図。 本発明に係わる着脱式撮像装置の双眼ルーペへの取り付けを説明する図。 本発明の別の実施形態に係る着脱式撮像装置を側面から示す図。 本発明に係わる着脱式撮像装置の取り付けの他の実施例を説明する図 図7に示す取り付けで用いる把持具及びリンク機構の構成を示す側面図。 本発明に係る着脱式撮像装置の構成を示すブロック図。
本発明に係る着脱式撮像装置の最適な実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態では、医療現場において医師が施術を行う際の施術箇所の様子を映像によって記録する場合について例示する。本発明に係わる着脱式撮像装置は、特に医療現場に限定されるものではなく、各種現場での作業の映像記録にも使用される。
図1は着脱式撮像装置1を示す図で、撮像装置2と光源装置3とを板形状を有する装着部4上に配置して構成される。
撮像装置2は、CCD又はCMOSによるイメージセンサを用いて動画又は静止画の撮像を行うもので、フラットなフレキシブルコード5から、電源や制御信号が供給されると共にイメージセンサによる撮像信号を出力する。撮像装置2には超小型のマイクロカメラを使用することで、医師が手術を行う際に着用して容易に保持することができる。このようなマイクロカメラとしては、例えば、16.5mm(W)×10.3mm(H)×18.0mm(D)の外形寸法に1319万画素のイメージセンサを搭載して、フルハイビジョン動画や高画質な静止画が撮像可能なマイクロカメラが市販されており、このようなカメラが本発明に係わる着脱式撮像装置1の撮像装置2として好適である。
図2は、光源装置3の構造を側面から一部を断面図で示している。光源装置3は、LED6と、LED6からの光を受光する受光部7と、反射板8と、照光レンズ9とを筐体ケース10に内蔵して構成される。筐体ケース10の天面にはLED6を搭載してフレキシブルコード11によって後方と配線接続されるLED基板12を配置している。尚、医療施術に用いる着脱式撮像装置1の場合には、LED6の発光色は白色が好ましい。
このような構成の光源装置3において、受光部7はLED6が発光する光を集光して下方に配置される反射板8へ照射し、反射板8はこの光を反射して90°屈折させる。そして、筐体ケース10の前面の透孔部には照光レンズ9を配置しており、照光レンズ9は反射板8からの反射光を集光して外部に照射する。
筐体ケース10は、LED6の発熱を放散させるために熱伝導性に優れた金属材料、例えばアルミニウムで構成される。アルミニウムは軽量な点からも着脱式撮像装置1には最適な材料である。また、LED基板12の背面の全面又はLED6の発熱状態に応じて部分的にヒートシンク13が取り付けられる。これによりLED6が発する熱はLED基板12からヒートシンク13に伝達され、ヒートシンク13のフィン(図示しない)から外部へ放熱される。
また、筐体ケース10は、その両側板の下方の照光レンズ9側と反対側の端部に挿通される軸14を備えており、この軸14を装着部4から突出して形成されている一対の支持片4Aに架け渡している。よって、筐体ケース10は、軸14を支点として回動自在なよう装着部4に支持されると共に、軸14の端部に形成されているネジ部がナット15と螺合して装着部4に固着される。このときのナット15による締め付けの強度は、筐体ケース10に力を加えれば軸14を支点にして回動することができ、そして回動を停止したとき、光源装置3の自重により回転せずにそのときの回動位置に筐体ケース10が留まる程度の強さとなっている。
したがって、照光レンズ9からの照射光の光軸を撮像装置1が撮像する被写体に合わせるには、軸14を支点にして筐体ケース10を回動させることで、照光レンズ9からの照射光の光軸Lを上下に移動させることができる。このような構成においては、軸14とナット15とが光方向変更部として機能する。
作業者が、例えば後に述べる双眼ルーペ20(図5)のような眼鏡フレームに着脱式撮像装置1を装着して、手先で作業している対象物を撮像する場合、図3で示すように、撮像装置1のカメラレンズから手先の作業対象物である被写体16までの距離Dは大凡400mm程であるが、人によってバラツキがあるためにその前後で数10mm程度の範囲が見込まれる。そして、この範囲をカバーするには、照光レンズ9の光軸Lの水平線に対する角度θを略3°の範囲内で傾けることができれば、作業者の個々に応じて被写体に光軸を合わせる調整が可能となる。したがって、光源装置3は、筐体ケース10の略3°の範囲で回動可能にすればよいためコンパクトに設計でき、小型化された着脱式撮像装置1が提供される。
図4は、光方向変更部の他の実施例による構成を示すもので、回動可能に装着部4に支持されている軸14に筐体ケース10と共に第1ギア35を固定して取り付け、装着部4には第1ギア35と噛み合う第2ギア36を固設して構成している。この例においては、筐体ケース10を上下方向に回転移動させて光軸の角度を調整したときの位置が両方のギア35及び36の噛み合いによって保持され、単に筐体ケース10をナット15で締め付ける上記実施例の構成による光方向変更部と比べて、光源装置3が自重により回転して光軸Lが変動してしまう不具合がより確実に防止することができる。この場合、ギア36の径をギア35の径よりも大きく設定するとなおよい。尚、上述したように筐体ケース10の回転角度の範囲は略3°程度であるから、ギア35及び36は円形である必要はなく、扇形のセクターギアであってもよい。
図5は、本実施の形態の着脱式撮像装置1を双眼ルーペ20に適用した例を示している。双眼ルーペ20は、精密作業での手先の局所的な視覚対象物を拡大して視認する手段として、医療分野、精密工作、宝石加工等の各分野に広く使用されており、眼鏡と同じ構造の主鏡取付用フレーム21と、作業対象の像を拡大するための双眼ルーペ本体22(主鏡)と、双眼ルーペ本体22を主鏡取付用フレーム21に取り付けるための主鏡取付部23と、精密操作者の視力の保障が可能な焦点調整部24と、双眼ルーペ本体を取り付けるための主鏡取付用キャリアレンズ25と、精密操作者に装着するためのフレーム蔓部26とから構成されている。
着脱式撮像装置1は、主鏡取付用フレーム21の上部中央のブリッジ部27に取り付けられる。着脱式撮像装置1は、板状の装着部28の下端にビス孔29が形成されている。よって、ビス30をブリッジ部27に形成されている透孔31と装着部28のビス孔29に貫通させて締め付けることにより、着脱式撮像装置1を双眼ルーペ20に取り付けることができる。双眼ルーペ20には深い焦点深度が求められるが、このように双眼ルーペ20に着脱式撮像装置1を組み合わせることで、光源装置3からの照明によって深い焦点深度が実現できる効果もある。
着脱式撮像装置1を双眼ルーペ20に取り付けるには、このようなビス留め以外にも装着部4をクリップ構造にしてブリッジ部27を挟持して固着させてもよい。図6は、装着部4をクリップ構造で構成した例を示している。この場合の装着部4は、撮像装置2と光源装置3とが装着される固定板4aと、固定板4aに対し軸4cを支点にして回動可能な可動板4bとから構成されている。可動板4bの固定板4aと対向する表面には押え部材4dが形成されている。押え部材4dは、固定板4aと共働して挟持物、この場合は双眼ルーペ20のブリッジ部27を保持するもので、可撓性で且つ摩擦係数の高いゴム等の材質で構成されている。
そして、軸4cにはコイルバネが巻回されており、コイルバネの両端は固定板4aと可動板4bとにそれぞれ当接している。このコイルバネの付勢に抗して可動板4bの操作側端部を固定板4a側に近づけると、可動板4cが固定板4aから離反し、この状態でブリッジ部27を挟んで操作側の端部を離すと、コイルバネ4dの付勢により可動板4cの挟持側端部が固定板4aに接近して押え部材4dと固定板4aとでブリッジ部27を挟持して、着脱式撮像装置1が双眼ルーペ20に装着される。
図7及び図8は、着脱式撮像装置1の他の取り付けの例を示している。この例では、着脱式撮像装置1を眼鏡32に取り付けるもので、眼鏡32は視力矯正のための通常のレンズ33がフレーム34に嵌め込まれているが、着脱式撮像装置1を身体に装着する目的のために使用する素通しの眼鏡であってもよい。また、上記の双眼ルーペであってもよい。また、この例では、装着した着脱式撮像装置1を上下及び前後へと任意に移動させることが可能な構成となっている。
先ず、取り付けについて説明すると、着脱式撮像装置1は、把持具55によってフレーム34の上部中央のブリッジ部37に形成した係合部38に取り付けられる。把持具55は、それぞれの一端部が同軸で回転自在に支持される一対の把持片55A及び55Bと、ネジ56と、バネ57と、ナット58とを含む。ネジ56は、把持片55Bに固定で取り付けられており、ネジ軸の先端は把持片55Aを貫通してナット58と嵌合している。そして、このネジ軸の把持片55Aと把持片55Bとの間の部分にはバネ57が嵌め込まれている。したがって、ナット58を締付方向に回転させると、把持片55Bはナット58に押圧されて把持片55Aに接近して、これにより把持片55A及び55Bは係合部38を把持して着脱式撮像装置1は眼鏡32に装着される。把持片55A及び55Bの把持側の先端には突起59が形成されており、突起59が係合部38の上面及び下面に形成された凹部39と係止することで取り付けが確実となる。また、ブリッジ部37に係合部38を形成せずにブリッジ部37を把持具55によって直接把持する構成であってもよい。
そして、把持具55はリンク機構60を介して装着部4と連結されている。リンク機構60は、両端にジョイント部を備えた複数のリンク61を接続して成り、ジョイント部が自由度を持って動くことで、着脱式撮像装置1は、把持具55から離反や接近する前後方向と上下方向とに動くことができる。したがって、眼鏡32の着用者が被写体に対して撮像装置2のレンズをリンク機構60の可動範囲内で任意に動かして距離や撮像角度を調整することができる。そして、被写体に対するレンズの位置の調整後、それに応じて、光源装置3の光軸を光方向変更部によって被写体に合わせることで、より確実で且つ適切な撮影を行うことができる
図9は、着脱式撮像装置1の電気的な構成をブロック図で示している。撮像装置2のフレキシブルコード5及び光源装置3のフレキシブルコード11は、それぞれコントロールユニット40に接続される。コントロールユニット40は、図7で示すように、入力操作部41とUSB(ユニバーサル・シリアル・バス)レセプタクル42とカメラ制御部43とを含んで構成されている。入力操作部41は、撮像装置2及び光源装置3のオン・オフ、動画と静止画との切り換え、動画又は静止画による撮像時の画質の指定及びオートフォーカス設定等を入力する各種スイッチを備えている。そして、コントロールユニット40は、着脱式撮像装置1の操作者の例えば腰ベルト等によって装着可能なボックスに収容されている。
コントロールユニット40は、USBレセプタクル42にUSBケーブル48のUSBプラグが差し込まれて、映像処理装置50と接続される。映像処理装置50は、着脱式撮像装置1が撮像した画像データを処理して表示するために別に設けられるもので、例えば、パーソナルコンピュータによって構成される。本実施例においては、映像処理装置50はUSBホスト装置で電力供給機能を有しており、着脱式撮像装置1にはUSBケーブル48を通して電源部47からの電源が供給される。したがって、コントロールユニット40は、USBレセプタクル42に電源が供給されると、カメラ制御部43は撮像装置2と光源装置3に動作電圧をそれぞれ供給する。
カメラ制御部43は、入力操作部41への入力操作に応じて、撮像装置2と光源装置3とへの動作電源の供給を制御すると共に、撮像装置2に対して動画と静止画との切り換え、動画又は静止画による撮像時の画質指定及びオートフォーカス設定等の撮像装置2に係わる制御を行う。
そして、カメラ制御部43は、撮像装置2の撮像動作の開始を制御する。この場合、着脱式撮像装置1を映像処理装置50とUSBケーブル48によって接続することにより、カメラ制御部43が電源部47からの電源を撮像装置5に供給し撮像装置2が動作することでカメラ制御部43による撮像装置2の撮像動作の開始を制御することになる。
動画撮像の場合で説明すると、撮像装置2は例えば30フレーム/秒で被写体の動画を撮像するもので、イメージセンサが被写体からの反射光を捉えて生成するアナログ信号を動画のフレーム毎に画像データに順次変換してカメラ制御部43に出力する。カメラ制御部43は、画像データをUSBレセプタクル42からUSBケーブル48を通して映像処理装置50に送信する。そして、映像処理装置50は、USBケーブル48を介して送られてくる画像データを順次取り込んでモニタに出力し動画が表示される。同時に、映像処理装置50は、後に動画を再生可能なように1フレーム毎の画像データにJPEG圧縮を行ってメモリに記憶し動画の画像ファイルを作成する。
上述したように、本実施の形態においては、着脱式撮像装置1と映像処理装置50とをUSBケーブル48で接続することで、映像処理装置50への画像データの送信及び着脱式撮像装置1への電源供給を行うものであるが、USBは規格の3.0以上を用いるとよい。USB3.0を用いると着脱式撮像装置1から映像処理装置50への画像データの転送速度がこれ以前の規格のUSBと比べて高速となるために、フレームレートを高くすることができて画面表示が滑らかとなり、また、高い画質に設定することもできる。しかも、USB3.0は、バスパワーの給電能力がUSB2.0の約1.8倍とされており、消費電力が大きい高機能で且つ高性能な撮像装置2を使用することができる。しかも光源装置3においても照度の高いLED6を使用することができるために、被写体への充分な照度を確保することができる。
そして、映像処理装置50と着脱式撮像装置1とをUSBケーブル48によって接続することで、画像データの処理は映像処理装置50で行われるためにカメラ制御部43の構成が簡略化されると共に電源供給部を備える必要がなく、軽量化されて着用に適した着脱式撮像装置1が提供される。
一方、コントロールユニット40に電源供給部を含むようにしてもよい。この場合のコントロールユニット40の電源供給部は、商用電源から電源コードを介して供給されるAC電源をDC電源に変換して撮像装置2と光源装置3へ電源を供給する。
また、コントロールユニット40の電源供給部を充電が可能なバッテリー電源によって構成して、撮像装置2及び光源装置3へ供給してもよい。バッテリー電源の場合には、長時間の医療施術でも充分な電源を供給すべく、AC電源に接続された充電器からバッテリー電源へ充電しながら、撮像装置2と光源装置2への動作電源の供給を行うよう構成するとよい。
さらに、着脱式撮像装置1を操作者に着用させるには、このような双眼ルーペ20に限るものではなく、帽子やヘッドバンドであっても良い。
本発明は、施術者又は作業者に着用されて手元における施術又は作業の状況をモニタに表示可能な着脱式撮像装置に関するものであって、産業上の利用可能性を有する。
1 着脱式撮像装置
2 撮像装置
3 光源装置
4 装着部
6 LED
14 軸(光方向変更部)
15 ナット(光方向変更部)
20 双眼ルーペ
22 双眼ルーペ本体(主鏡)
27 ブリッジ部
35 第1ギア(光方向変更部)
36 第2ギア(光方向変更部)
40 コントロールユニット
42 USBレセプタクル
48 USBケーブル
55 把持部
55A 把持片
55B 把持片
60 リンク機構
本発明は、上記課題を解決するために、被写体を撮像し画像データに変換して出力する撮像装置と、前記被写体に光を照射する光源装置と、前記撮像装置と前記光源装置とを一体に保持して操作者の身体に装着される装着部と、前記装着部を装着する対象を把持する一対の把持片を有した把持具と、前記把持具と前記装着部とを接続するリンク機構と、を備え、前記光源装置は、前記被写体への照射光の光源であるLEDと、前記照射光の光軸の角度を上下方向に調整する光方向変更部と、を有し、前記リンク機構を構成する複数のリンクを動かすことで前記装着部を把持具から離反や接近する前後方向と上下方向に動かして被写体までの距離や角度を調整すると共に、前記光方向変更部により前記LEDの光軸を前記被写体に合せるようにした着脱式撮像装置を提供するものである。このとき、前記光方向変更部は、光軸の角度を水平方向に対して略3°の範囲で変更可能とするとよい。

Claims (13)

  1. 被写体を撮像し画像データに変換して出力する撮像装置と、
    前記被写体に光を照射する光源装置と、
    前記撮像装置と前記光源装置とを一体に保持して操作者の身体に装着される装着部と、を備え、
    前記光源装置は、
    前記被写体への照射光の光源であるLEDと、
    前記照射光の光軸の角度を上下方向に調整する光方向変更部と、を備えたことを特徴とする着脱式撮像装置。
  2. 前記光方向変更部は、光軸の角度を水平方向に対して略3°の範囲で変更可能にしたことを特徴とする請求項1に記載の着脱式撮像装置。
  3. 前記光源装置は筐体ケースに前記LEDを収容して構成されて、
    前記光方向変更部は、前記筐体ケースを上下方向に回動可能とすることで前記光軸の角度を調整することを特徴とする請求項1又は2に記載の着脱式撮像装置。
  4. 前記光方向変更部は、前記筐体ケースの回動支点軸に固設される第1ギアと前記装着部に固設される第2ギアとで構成されることを特徴とする請求項3に記載の着脱式撮像装置。
  5. 前記画像データを表示するために別に設けられる映像処理装置から前記撮像装置及び前記光源装置への電源が供給されることを特徴とする請求項1に記載の着脱式撮像装置。
  6. 前記映像処理装置とUSBケーブルと接続するためのUSB3.0規格に沿ったUSBレセプタクルを備えたことを特徴とする請求項4に記載の着脱式撮像装置。
  7. 前記撮像装置の撮像動作を制御するコントロールユニットを備えて、フレキシブルコードによって前記撮像装置と前記光源装置とに接続したことを特徴とする請求項1に記載の着脱式撮像装置。
  8. 前記コントロールユニットは、操作者の身体に着用可能にしたことを特徴とする請求項7に記載の着脱式撮像装置。
  9. 前記撮像装置の撮像動作を制御するコントロールユニットを備えて、前記コントロールユニットは、前記光源装置と前記撮像装置への電源供給部を含むことを特徴とする請求項1に記載の着脱式撮像装置。
  10. 前記電源供給部は、充電可能なバッテリー電源であることを特徴とする請求項9に記載の着脱式撮像装置。
  11. 作業者が着用する眼鏡状のフレームのブリッジ部に前記装着部を装着することを特徴とする請求項1に記載の着脱式撮像装置。
  12. 一対の把持片を有した把持具により、前記ブリッジ部を直接把持又は前記ブリッジ部に形成した係合部を把持して前記装着部を装着することを特徴とする請求項11に記載の着脱式撮像装置。
  13. リンク機構を介して前記把持具を前記装着部に装着することを特徴とする請求項12に記載の着脱式撮像装置。
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