JP2016214331A - 液流を用いた撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被撮像体の間に液流内を介在し被撮像体を良好に撮像する。【解決手段】グリップ部１の先端に取り付けたヘッド部２には、切削ドリル３が取り付けられ、ヘッド部２の基部近傍には切削部位である被撮像体を撮像する撮像手段である微小なカメラユニット４が水流噴出用の水流ノズル５に内蔵されて配置されている。カメラユニット４は、水流ノズル５の先端から噴出する水流Ｗの内側から、水流Ｗに接する被撮像体である切削部位Ｔをカラー画像又はカラー静止画像として撮像する。【選択図】図６

Description

本発明は、例えば歯科医院等で治療中に歯の状態を良好に撮像するために使用する液流を用いた撮像装置に関するものである。

ビデオカメラやイメージガイドの極小化技術の利用は、例えば医療分野においても拡がりつつある。例えば、歯科用の高速回転するドリル先端近傍を撮像する微少な撮像手段を歯科用具に設置し、流水装置等によって別方向から冷却水流をかけながら、患者の歯の状態を歯科医師が観察しながら施術することがある。

歯科治療中においては、ドリルから発生する被切削物の粉末が冷却水や血液と混じり合った混合物が介在して鮮明な画像が得られないことがあり、またこれらの混合物が撮像光学系の先端のレンズ表面に付着することが多々あるので、レンズ表面を頻繁に清掃する必要がある。

特許文献１には、撮像光学系のレンズが汚れたり、曇ることを防止するために、撮像光学系の前に空気流を横切るように噴射するエアーカーテンを設けて対処することが開示されている。

特開２０１５−２９６９４号公報

特許文献１によれば、レンズ表面が汚れる等の効果があることは認められるものの、撮像光学系と被撮像体の間に、施術中に切削粉末冷却水、血液等によるミストが存在して、被撮像体である切削部位の鮮明な画像は得られないという問題がある。

また、流水装置からの水流表面からの光反射や、被撮像体が水滴により濡れている状態の被撮像体からの光反射が大きく、同様に被撮像体の鮮明な画像を撮像できない。

本発明の目的は、上述の課題を解消し、被撮像体に向けて液流を流出し、この液流を介して被撮像体の鮮明な画像を撮像する液流を用いた撮像装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る液流を用いた撮像装置は、透明な液体を内部に導入し該液体を先端から液流として流出する液流発生手段と、該液流発生手段の内部に配置した撮像光学系を有すると共に、前記流出する液流内から前記液流に接する被撮像体を前記撮像光学系を介して撮像する撮像素子を有する撮像手段とを備え、前記液流発生手段から前記液流が流出する方向と前記撮像光学系の光軸方向とが同じ方向になるように、前記液流発生手段の内部に前記撮像光学系を配置したことを特徴とする。

本発明に係る液流を用いた撮像装置によれば、被撮像体との間には液流のみが存在するので、周囲の雰囲気に影響されず、また被撮像体での反射光の影響も受けずに鮮明な撮像が可能となる。

歯科用ハンディ型ドリル装置の一部を切欠した側面図である。 カメラユニットの縦断面図である。 カメラユニットの正面図である。 前面に凸面を有するカバーを取り付けたカメラユニットの縦断面図である。 水流発生手段の断面図である。 撮像状態の説明図である。 実際の撮像画像の説明図である。 水流ノズルの前部に蛇腹ガイドを取り付けた状態の説明図である。 単独の撮像装置として使用する場合の説明図である。

本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は歯科医院で使用する歯科用切削装置としてのハンディ型ドリル装置の一部を切欠した実施例の側面図である。グリップ部１の先端に取り付けたヘッド部２には、内蔵した小型モータにより回転する切削工具として例えば切削ドリル３が取り付けられ、ヘッド部２の基部近傍には切削部位である被撮像体を撮像する撮像手段である微小なカメラユニット４が水流流出用の水流ノズル５に内蔵されている。水流ノズル５内に水が流出する方向と、カメラユニット４が撮像する光軸方向が同じ方向になるように、カメラユニット４は水流ノズル５内に配置されている。

図２はカメラユニット４の断面図であり、合成樹脂又は金属から成る外筒４ａは、例えば１．４ｍｍであり、外筒４ａには径１．１ｍｍの筒部４ｂにより覆われた例えば径０．７ｍｍの微小なカメラ４ｃが内蔵されている。また、カメラユニット４全体は防水処理が施されており、内部に水が浸入することはない。

外筒４ａと合成樹脂又は金属から成る筒部４ｂとの間には、図３にも示すように照明手段を配置する間隙が設けられており、実施例では径０．１ｍｍの４本の照明用のプラスチック光ファイバ４ｄから成る照明手段が配置されている。本実施例では、光ファイバ４ｄをカメラ４ｃを中心に等角度に４本配置したが、適宜の個数の光ファイバ４ｄを配置するようにしてもよい。

なお、光ファイバ４ｄのカメラユニット４側でない他端にはＬＥＤ等が配置され、ＬＥＤからの光を導光して光ファイバ４ｄのカメラユニット４側の端部からカメラ４ｃの光軸Ｏと平行に照明光を発している。なお、カメラユニット４の径は若干大きくなるが、例えば径０．５ｍｍ程度の複数個のＬＥＤを照明手段として設けることもできる。

カメラ４ｃには、円筒状のカメラフレーム４ｅの前端に撮像光学系となる光学ガラス又は合成樹脂から成る対物レンズ４ｆが設けられ、後端側にＣＭＯＳから成るカラー用撮像素子４ｇが設けられている。対物レンズ４ｆの焦点深度は大きく、切削ドリル３の先端付近を含む位置の切削部位に光軸Ｏ上の焦点が位置し、この焦点と撮像素子４ｇの撮像面とが共役関係とされている。

撮像素子４ｇに対する制御線、信号線はコントロール基板４ｈを経てリード線４ｉによりカメラ４ｃから引き出され、リード線４ｉは光ファイバ４ｄと共にケーブル４ｊとして、水流ノズル５からグリップ部１内を経てドリル装置の外部に引き出されている。

また、図４に示すように、カメラ４ｃの前面つまり撮像光学系の前面には、平面又は好ましくは凸面から成るガラス又は合成樹脂から成る透明カバー４ｋを配置することが、撮像や対物レンズ４ｆの保護、清掃の観点からも好ましい。撮像光学系の前面が凹面であると、水流を流出した際にこの凹面に空気が残留し易いために、撮像光学系の前面は透明カバー４ｋにより少なくとも平面、好ましくは凸面とすることがよい。なお、この凸面は透明カバー４ｋではなく、対物レンズ４ｆの凸面をそのまま利用することもできる。

図５は水流発生手段の断面図であり、水流ノズル５にはカメラユニット４の制御線、信号線、後述する光ファイバ等を束ねたケーブル４ｊを外方に引き出す引出部５ａが設けられており、キャップ５ｂに設けたＯリング等により水密構造として、ケーブル４ｊに沿って水流ノズル５内の水が漏出しないようにしている。

また、水流ノズル５の先端には、水流を周囲に飛散することなく、カメラ４ｃの光軸Ｏ方向に層流として噴出させるためのガイド５ｃが水流ノズル５の先端に形成され、底部にはホース接続部５ｄが設けられている。このホース接続部５ｄにホース５ｅを接続し、ポンプ５ｆ、バルブ５ｇによりタンクや水道からの水圧制御された透明水を水流ノズル５の内部に導入し、水流ノズル５の先端から前方に水流を流出できるようになっている。

なお、水流ノズル５中には対物レンズ４ｆを含む撮像光学系のみを配置し、水流ノズル５外に配置した撮像素子４ｇとの間を、イメージファイバにより接続し画像を伝達する構成とすることも可能である。また、図示は省略しているが、このドリル装置には空気を治療個所に噴射する空気噴射手段が必要に応じて設けられている。

歯科医師が切削ドリル３を用いて患者の治療すべき歯質部位を切削する際に、カメラユニット４により被撮像体である切削部位を撮像しながら治療を行うことが便利であるが、背景技術の欄でも述べたように、切削部位とカメラユニット４との間に切削粉末や冷却水ミストが介在すると被撮像体の鮮明な画像が得られなくなる。

そこで図６に示すように、水流ノズル５からの水流Ｗを冷却水を兼ねて、切削ドリル３により切削部位Ｔに向けてカメラユニット４の視野角の範囲内に流出する。同時に、対物レンズ４ｆの周囲に配置された光ファイバ４ｄからの照明光により、水流Ｗを介して切削部位Ｔを照明する。

カメラユニット４は数ｍｍ離れた位置で、水流ノズル５の先端から流出する水流Ｗの内側から、水流Ｗに接する被撮像体である切削部位Ｔをカラー画像又はカラー静止画像として撮像する。対物レンズ４ｆの材料である光学ガラスの屈折率は、空気の屈折率１に対して例えば１．５２、光学プラスチック（ポリメタクリル酸メチル樹脂）の屈折率は１．５〜１．８であり、水の屈折率は１．３である。従って、カメラユニット４と切削部位Ｔとの間を空気の代りに水を満たすと、カメラ４ｃの焦点位置は変化するが、対物レンズ４ｆの焦点深度は大きいので、たとえ水流Ｗが介在しても、或いはカメラ４ｃと切削部位Ｔとの距離が多少変化しても像は殆どぼけることはない。

また、撮像は水流Ｗの介在により、切削部位Ｔにおける外光による光反射も少なく、光沢が少ない鮮明な画像として撮像できる。このとき撮像素子４ｇにより得られた画像は図示しないカラーモニタに表示され、歯科医師はこのモニタ上の表示画像を見ながら施術を行うことになる。

図７は被撮像体は切削部位Ｔではないが、カメラユニット４により被撮像体を撮像した静止画像である。（ａ）は水流Ｗを介在せずに室内の雰囲気で被撮像体を撮像した状態の画像であり、（ｂ）は水流Ｗを介在した状態の画像である。なお、画像中の＠の文字の実際の大きさは径２．５ｍｍ程度であり、カメラ４ｃから被撮像体までの距離は約５ｍｍである。

これらの（ａ）、（ｂ）の画像を比較すると、水流Ｗを介在しない（ａ）の画像では、被撮像体が濡れているために光反射による光沢が見られ、観察の稍々邪魔となる。これに対し、水流Ｗを介在した（ｂ）の画像では反射光は殆どないが、画像は若干不鮮明となる。しかし、（ｂ）のが画像において、実用上、十分に使用できることが認められる。

水流Ｗの速度については、高速であると被撮像体は衝突して水しぶきが生じ、被撮像体が見難くなるので、被撮像体とカメラユニット４との間が常時水流Ｗで満たされる程度の適当な流速で流出させることが望ましい。被撮像体が水流ノズル５の下方にある場合には、水流Ｗは被撮像体の間に満たされ、途切れることなくしたたり落ちる程度であってもよい。この流速の調整や流速のオン・オフはバルブ５ｇによりなされるが、その操作部をグリップ部１に設けておけば操作が容易となる。

なお、カメラユニット４は水流Ｗを停止にした状態においても、被撮像体を撮像することは可能である。

カメラユニット４の周囲に光ファイバ４ｄ等の光ガイドを設けることなく、カメラユニット４から分離して配置することもある。また、環境状態によっては照明手段を用いずに撮像することも可能である。

また、水流Ｗが大きく側方に噴出することなく、かつ水量を小さくするために、図８に示すように、水流ノズル５の前部にアタッチメントとして水流Ｗを導くための伸縮自在の蛇腹ガイド６を取り付け、カメラユニット４から被撮像体までの間の光路を水流Ｗを満たし、蛇腹ガイド６により覆水路を造って撮像することも有効である。この蛇腹ガイド６は光ファイバ４ｄ等の照明手段を用いた場合には、遮光性部材としたり或いは光を反射する鏡面性部材を内設し、照明手段を用いずに外光による場合には透明性部材を適用することが好ましい。

更には、実施例は歯科用具に併用した例を説明したが、使用する用具は歯科用具でなくともよい。或いは、水を使用せずに透明な切削オイルから成る液流を用いて、旋盤等の切削装置による被部削面を被撮像体として撮像することも可能である。

更には、図９に示すように、水流Ｗを使用した単独の撮像装置として使用することもできる。

１ グリップ部
２ ヘッド部
３ 切削ドリル
４ カメラユニット
４ｃ カメラ
４ｄ 光ファイバ
４ｋ 透明カバー
５ 水流ノズル
６ 蛇腹ガイド

Claims (10)

1. 透明な液体を内部に導入し該液体を先端から液流として流出する液流発生手段と、該液流発生手段の内部に配置した撮像光学系を有すると共に、前記流出する液流内から前記液流に接する被撮像体を前記撮像光学系を介して撮像する撮像素子を有する撮像手段とを備え、前記液流発生手段から前記液流が流出する方向と前記撮像光学系の光軸方向とが同じ方向になるように、前記液流発生手段の内部に前記撮像光学系を配置したことを特徴とする液流を用いた撮像装置。
2. 前記液流は水流としたことを特徴とする請求項１に記載の液流を用いた撮像装置。
3. 前記撮像光学系は対物レンズを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の液流を用いた撮像装置。
4. 前記撮像光学系の前面は凸面としたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の液流を用いた撮像装置。
5. 前記撮像光学系は画像をイメージファイバにより前記撮像素子に伝達することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の液流を用いた撮像装置。
6. 前記撮像光学系の周囲に前記被撮像体を照明する照明手段を配置したことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の液流を用いた撮像装置。
7. 前記液流発生手段による液流量の調整手段を設けたことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の液流を用いた撮像装置。
8. 前記液流発生手段の前部に前記液流を導くための蛇腹ガイドを設けたことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の液流を用いた撮像装置。
9. 請求項１〜８の何れか１つの請求項に記載の液流を用いた撮像装置を取り付けたことを特徴とする歯科用切削装置。
10. 歯質部位を切削する切削工具を取り付け、前記撮像手段により前記切削工具の先端を撮像するようにした請求項９に記載の歯科用切削装置。