JP2019136512A - カメラおよびウエアラブルシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 操作性の良いカメラを提供する。【手段】 基部４と先端部６は、フレキシブルアーム８によって接続されている。先端部６には、カメラと光源が収納されている。このカメラによる撮像を行うために、先端部６には撮影用穴１６が設けられている。また、光源による照明を行うために、先端部６には照明穴１８が設けられている。カメラは撮影用穴１６に対応して、光源（ＬＥＤ）は各照明穴１８に対応して複数（この実施形態では６個）設けられている。フレキシブルアーム８により、先端部８の位置や角度を自由に調整することができる。【選択図】 図１

Description

この発明は、医療などに用いるカメラおよびウエアラブルシステムに関するものである。

医療などにおいて、手術箇所などを撮像するカメラは、小型で操作性の良いことが求められる。医療分野におけるカメラとしては内視鏡（特許文献１）が用いられているが、その使用目的は限られており、通常の手術などにおいて用いることはできなかった。

また、歯科用の口腔内カメラが提案されている（特許文献２）。従来の歯科用鏡に代えて、口腔内を撮像し、これを画像として表示するためのものである。

特開平６−１６７６５８ 特開２００８−８６５５４

しかしながら、上記の医療用カメラや口腔内カメラにおいては、医師や歯科医師など利用者が治療や手術中に撮像したい場所に容易にセットでき、撮像画像を確認しやすくするという点において十分でない点があった。特に、ウエアラブルシステムとして用いる場合の操作性の良さについての配慮がなされていなかった。

この発明は上記のような問題点を解決して、操作性の良いカメラおよびウエアラブルシステムを提供することを目的とする。

この発明のいくつかの独立して適用可能な特徴を列挙する。

(1)この発明に係るフレキシブルカメラは、基部と、基部に一端が取り付けられたフレキシブルアームと、フレキシブルアームの他端に取り付けられ、カメラおよび光源が設けられた先端部とを備えている。

したがって、カメラ及び光源の向きを容易に変更することができる。

(2)この発明に係るウエアラブルシステムは、眼鏡に装着されたフレキシブルカメラと、前記眼鏡に装着されてフレキシブルカメラに接続されたヘッドマウントディスプレイとを備えたウエアラブルシステムであって、前記フレキシブルカメラは、基部と、基部に一端が取り付けられたフレキシブルアームと、フレキシブルアームの他端に取り付けられ、カメラおよび光源が設けられた先端部とを備えたことを特徴としている。

したがって、カメラ及び光源の向きを容易に変更できるカメラを備えたウエアラブルシステムを提供することができる。

(3)この発明に係るウエアラブルシステムは、ヘッドマウントディスプレイが、基部と、基部に一端が取り付けられたフレキシブルアームと、フレキシブルアームの他端に取り付けられ、ディスプレイが設けられた先端部とを備えたことを特徴としている。

したがって、ディスプレイの位置を調整が容易なウエアラブルシステムを提供することができる。

(4)この発明に係るウエアラブルシステムは、フレキシブルアームが、線材を中空に巻回したコイルと、前記コイルの外周に接し、前記隣接する線材を圧接する方向に収縮力を生じるように伸張され、またはコイルの外径よりもその自然状態における内径が小さく形成され、径方向に収縮力を生じるように伸張された被覆チューブとを備えたことを特徴としている。

したがって、曲げが容易でありながら、その曲げ位置を保持することが容易なカメラやディスプレイを持つウエアラブルシステムを得ることができる。

(5)この発明に係る口腔内カメラは、ハンドル部と、ハンドル部の先端に所定の角度にて形成された撮像部とを備えた口腔内カメラであって、前記撮像部は、カメラと光源を収納しており、前記撮像部は、中央部が高く周縁部が低くなるように形成され、前記中央部に前記カメラによる撮像用穴を設け、前記周縁部に前記光源からの光を通して照明光を取り出す照明穴を設けたことを特徴としている。

したがって、口腔内を適切に撮像することできるカメラを得ることができる。

(6)この発明に係るウエアラブルシステムは、眼鏡に装着された口腔内カメラと、前記眼鏡に装着されて口腔内カメラに接続されたヘッドマウントディスプレイとを備えたウエアラブルシステムであって、前記口腔内カメラは、ハンドル部と、ハンドル部の先端に所定の角度にて形成された撮像部とを備えており、前記撮像部は、カメラと光源を収納しており、前記撮像部は、中央部が高く周縁部が低くなるように形成され、前記中央部に前記カメラによる撮像用穴を設け、前記周縁部に前記光源からの光を通して照明光を取り出す照明穴を設けたことを特徴としている。

したがって、口腔内を適切に撮像することできるカメラを備えたウエアラブルシステムを提供できる。

(7)この発明に係るウエアラブルシステムは、ヘッドマウントディスプレイが、基部と、基部に一端が取り付けられたフレキシブルアームと、フレキシブルアームの他端に取り付けられ、ディスプレイが設けられた先端部とを備えたことを特徴としている。

したがって、ディスプレイの位置を調整が容易なウエアラブルシステムを提供することができる。

この発明の一実施形態によるメディカルカメラ２の外観である。 メディカルカメラ２の筐体の構造を示す図である。 フレキシブルチューブ８の構造を示す図だえる。 図４ａはチューブ９０の詳細を示す図、図４ｂはチューブ９０の断面図である。 図５ａ、図５ｂ、図５ｃは、フレキシブルチューブ８の取り付け方法そ示す図である。 メディカルカメラ２、ヘッドマウントディスプレイ２０２を、眼鏡４０に取り付けた状態を示す図である。 装着具２０を示す図である。 ガイド部材１４、保持部材２４の詳細を示す図である。 ヘッドマウントディスプレイ２０２を示す図である。 メディカルカメラ２の回路構成である。 口腔内カメラ３０２を示す図である。 口腔内カメラ３０２の断面図である。

１．第１の実施形態
図１に、この発明の一実施形態によるメディカルカメラ２の外観を示す。基部４と先端部６が設けられている。基部４と先端部６は、フレキシブルアーム８によって接続されている。先端部６には、カメラと光源が収納されている。このカメラによる撮像を行うために、先端部６には撮影用穴１６が設けられている。また、光源による照明を行うために、先端部６には照明穴１８が設けられている。

カメラは撮影用穴１６に対応して、光源（ＬＥＤ）は各照明穴１８に対応して複数（この実施形態では６個）設けられている。この実施形態では、撮影用穴１６の先端の位置よりも、照明穴１８の先端の位置の方が低くなるように（基部４に近くなるように）形成されている。これにより、光源からの光が直接的にカメラに入ることなく、適切な撮影を行うことができる。

基部４には、照度切り替えスイッチ１２が設けられている。このスイッチ１２を押すごとに、光源の出力が低い方から高い方へ複数段階に切り替わるようになっている。最も高い出力になった後は、最も低い出力に戻る。

基部４の後端部には、ＨＤＭＩ（商標）ケーブル１０が接続されている。これに、ヘッドマウントディスプレイなどを接続することで、カメラにて撮像した画像を表示することができる。

図１０に、メディカルカメラ２の回路構成を示す。この実施形態では、光源（ＬＥＤ）５とカメラ７は、先端部６に収納されている。制御回路９、映像処理回路１１は、基部４に収納されている。

スイッチ１２が押されると、制御回路９は、上述のように光源５に与える電力を制御してその光量を変化させる。映像処理回路１１は、カメラ７によって撮像された画像を処理して、ＨＤＭＩ（商標）信号として出力する。

図２に、メディカルカメラ２の筐体構造を示す。基部４は、上下体４ａ、４ｂによって構成されている。先端部６は、左右体６ａ、６ｂとキャップ６ｃによって構成されている。

図１に戻って、フレキシブルアーム８が設けられているので、先端部６のカメラの方向を希望の方向や位置に変更することが容易であり、その位置に保持することが容易である。

このフレキシブルアーム８は、図３に示すように、コイル８０とその外周に設けられたチューブ９０を備えて構成されている。チューブ９０の中に、光源５と制御回路９をつなぐ配線、カメラ７と映像処理回路１１をつなぐ配線などが収納されている。

コイル８０は、横断面丸形の線材（ＳＵＳ３０４ＷＰＢ）８２と横断面三角形のＳＵＳ線材（ＳＵＳ３０４）８４の二条コイルとして形成されている。この実施形態では、線材８２の直径を０．８mm、線材８４の一辺を１．０mmとした。隣接するＳＵＳ線材（バネ材）８２とＳＵＳ線材（バネ材）８４は、互いに接している。横断面三角形のＳＵＳ線材８４は、三角形の一辺が外周に沿うように配置されており、内部に向かうにしたがって幅が狭くなるようになっている（逆にしてもよい）。コイル８０の中空部８６には、ケーブル４３（たとえば、細線同軸ケーブルとすることができる）が挿入される。

コイル８０の外周には、シリコン製のチューブ９０が接するように設けられている。この実施形態では、コイル８０の外径５４mmに対し、自然状態における内径５０mmのチューブ９０を用いている。このように、コイル８０の外径を、チューブ９０の内径よりも僅かに大きく（チューブ直径の５％〜１５％程度）しておくことで、チューブ９０がコイル８０の外周に密着する。

さらに、この実施形態では、チューブ９０を自然状態から図９のＡ方向に伸張させた状態にて、コイル８０に密着させている。これにより、可撓性のあるチューブ９０が収縮しようとするので、コイル８０に対して圧縮する方向に力を加えることができる。

図４ａに、チューブ９０の詳細を示す。この実施形態では、柔軟性のあるシリコンを成型することによってチューブ９０を構成している。一端には、フランジ９２が設けられている。他端側にも、フランジ９４が設けられている。

図４ｂにその横断面図を示す。フランジ９４が設けられた側の端部においては、中空部の直径が小さく形成されたストッパ部９６が設けられ、コイル８０が脱落するのを防止する。

図２に示すように、基部４の下体４ｂには、チューブ９０のフランジ９２を差し込むための凹部１００が設けられている。図示していないが、上体４ａの側にも同様の凹部が設けられている。凹部１００に隣接して、ストッパ１１０が設けられている。このストッパ１１０は、フレキシブルアーム８を取り付けた際に、中のコイル８０を所定の位置に保持するためのものである。

また、可動部６の左右体６ａ、６ｂにも、チューブ９０のフランジ９４を差し込むための凹部１０２が設けられている。なお、可動部６には、ストッパ１１０は設けなくともよい。

次に、この固定部４と基部６に、フレキシブルアーム８を取り付ける手順を示す。まず、図５ａに示すように、コイル８０をチューブ９０の中に収納する。この際、コイル８０の一端が、チューブ９０のストッパ部９６に当接するまで挿入する。

この実施形態では、チューブ９０の長さＬＴ（たとえば５０mm）よりも、コイル８０の長さＬＣ（たとえば６０mm）を長くしている（チューブ９０全長の１０％〜５０％程度長くする）ので、図５ａに示すように、コイル８０が飛び出した状態となる。図５ｂに示すように、このままの状態で、チューブ９０のフランジ９４を、可動部６の凹部１０２に填め込んで固定し、コイル８０の他端側を固定部４のストッパ１１０に当接させると、チューブ９０のフランジ９２が、固定部４の凹部１００に填まらないことになる。

したがって、図５ｃに示すように、チューブ９０を矢印Ｂの方向に引っ張った上で、チューブ９０のフランジ９２を、固定部４の凹部１００にはめ込むようにしている。そして、同じく凹部の設けられた蓋を被せる。

図６に、このメディカルカメラ２を、装着具２０を介して眼鏡４０に取り付けた状態を示す。

装着具２０の詳細を、図７に示す。装着具２０は、金属製のＵ字バンド２２と、Ｕ字バンド２２の先端に取り付けられた合成樹脂製の保持部材２４を備えている。保持部材２４の後端には結合部２８が設けられ、Ｕ字バンド２２の先端が摺動可能に挿入されている。Ｕ字バンド２２を摺動させ、装着者の首の後ろ側にＵ字バンド２２が当接して、しっかりとした装着状態を実現できるようにしている。保持部材２４の先端には、下側が開放されたＵ字状に形成された挟持部２６が形成されている。また、保持部材２４の側面には、取り付けガイド３０が形成されている。

取り付けガイド３０の断面を、図８Ｂに示す。両側に凹部２５、２７が設けられている。一方、メディカルカメラ２の基部４には、図８Ａに示すようなガイド部材１４が設けられている（図２の下体４ａの裏側に設けられている）。図８Ｂの保持部材２４の取り付けガイド３０の凹部２５、２７に、メディカルカメラ２のガイド部材１４の凸部２１、２３を勘合させてスライドさせることにより、メディカルカメラ２を、装着具２０に固定することができる。

図６に示すように、眼鏡４０のテンプル４４に、装着具２０の挟持部２６を上部から挟み込み、装着具２０を眼鏡４０に固定している。さらに、装着具２０の取付ガイド３０に、メディカルカメラ２のガイド部材１４をスライドしてはめ込み、固定するようにしている。このようにして、眼鏡４０のテンプル４４に装着具２０を取り付け、これにメディカルカメラ２を固定することができる。

なお、図６に示すように、装着具２０の反対側には、ヘッドマウントディスプレイ２０２が取り付けられている。ヘッドマウントディスプレイ２０２を、図９に示す。

このヘッド・マウント・ディスプレイ２０２は、固定部２０４、可動部２０６、フレキシブルアーム２０８を備えている。固定部２０４には、ＨＤＭＩ（商標）コネクタ２１９が設けられている。可動部２０６には、ディスプレイのプリズム２１２が設けられている。可動部２０６は、プリズム２１２を遮光的に覆っており、装着者の目に対向する側にのみ開口を有する。これにより、外光の影響を避けて、鮮明な画像を得ることができる。

可動部２０６の中央部（端部ではない）にはアーム固定部２１７が設けられ、固定部２０４の先端部にはアーム固定部２１５が設けられている。アーム固定部２１５とアーム固定部２１７との間には、フレキシブルアーム２０８が設けられている。フレキシブルアーム２０８を曲げることにより、可動部２０６のプリズム２１２の位置や角度を変更することができる。なお、フレキシブルアーム２０８の構造は、メディカルカメラ２のフレキシブルアーム８と同様である。

メディカルカメラ２のＨＤＭＩ（商標）コード１０のコネクタを、ヘッド・マウント・ディスプレイ２０２のＨＤＭＩ（商標）コネクタ２１９に接続することにより、メディカルカメラ２によって撮像した画像を、ヘッド・マウント・ディスプレイ２０２に表示することができる。

この実施形態では、横断面丸形の線材と横断面三角形の線材が隣接するように二条コイルとしているので、フレキシブルアーム８を曲げた際に、その曲げ状態を維持できる度合いが高くなる。これは、丸形と丸形の線材が隣接したコイルよりも、丸形と三角形の線材が隣接したコイルの方が、曲げた際の戻り抵抗が大きく、曲げ状態を維持できるからである。さらに、チューブ９０の内径をコイル８０の外径よりも小さくし、さらに、チューブ９０を伸張させた状態でコイル８０に密着させているので、曲げ状態を維持することができる。

したがって、角度や位置を容易に調整でき、調整した位置を保持することができるという効果がある。なお、チューブ９０の内径をコイル８０の外径よりも小さくすること（径方向に力を働かせること）あるいは、チューブ９０を伸張させた状態でコイル８０に密着させること（隣接する線材が圧縮する方向に力を働かせること）は、それぞれ、一方だけを実施するようにしてもよい。

上記実施形態においては、コイル８０として二条コイルを用いているが、一条コイルを用いるようにしてもよい。この場合であっても、チューブ９０の密着・伸張による、曲げ維持効果を得ることができる。

また、二条コイルではなく、三条以上の多条コイルを用いるようにしてもよい。ただし、この場合であっても、隣接する線材が、丸形と三角形になるようにコイルを巻回することが好ましい。

上記実施形態では、丸形と三角形の線材を用いてコイル８０を構成している。しかし、丸形と四角形以上の多角形の線材を用いるようにしてもよい。あるいは、多角形ではない角形（台形、平行四辺形など）を用いるようにしてもよい。

上記実施形態では、チューブ９０によってコイル８０を圧縮する方向の力を加えるようにしている。しかし、コイル８０の両端に固定された、縮む方向に付勢された付勢手段（可撓性部材、バネ材など）を設けるようにしてもよい。

上記実施形態では、スイッチ１２を押すごとに光源の光量を変化させるようにしている。しかし、スイッチ１２を押している時間に応じて、光量を変化させるようにしてもよい。

なお、上記実施形態では、メディカルカメラ２を眼鏡４０に装着して使用している。しかし、基部４にクリップなどを設け、体やものに挟んで固定して使用するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、医療用のカメラとして使用しているが、その他の用途のカメラに適用してもよい。

２．第２の実施形態
図１１に、第２の実施形態による口腔内カメラ３０２を示す。ハンドル部３０４の先端には、先端部３０６が設けられている。先端部３０６には、カメラと光源が収納されている。回路構成は、第１の実施形態と同様である。

このカメラによる撮像を行うために、先端部３０６には撮影用穴３１６が設けられている。また、光源による照明を行うために、先端部３０６には照明穴３１８が設けられている。

カメラは撮影用穴３１６に対応して、光源（ＬＥＤ）は各照明穴３１８に対応して複数（この実施形態では６個）設けられている。この実施形態では、撮影用穴３１６の先端の位置よりも、照明穴３１８の先端の位置の方が低くなるように（ハンドル３０４に近くなるように）形成されている。これにより、光源からの光が直接的にカメラに入ることなく、適切な撮影を行うことができる。

ハンドル３０４には、照度切り替えスイッチ３１２が設けられている。このスイッチ３１２を押すごとに、光源の出力が低い方から高い方へ複数段階に切り替わるようになっている。最も高い出力になった後は、最も低い出力に戻る。

この実施形態における口腔内カメラ３０２は、図１２に示すように、先端部３０６がハンドル３０４に対して、所定角度（この例では２０度）を持って形成されている。

ハンドル４の後端部には、ＨＤＭＩ（商標）ケーブル（図示せず）が接続されている。これに、図６のヘッドマウントディスプレイ２０６を接続することで、カメラにて撮像した歯などの画像を表示することができる。このようにすれば、口腔内の画像を確認するために、視線を移動させる必要がなく、歯科医の負担が軽くなる。

上記実施形態では、スイッチ１２を押すごとに光源の光量を変化させるようにしている。しかし、スイッチ１２を押している時間に応じて、光量を変化させるようにしてもよい。

上記実施形態では、ガイド部材１４と取り付けガイド３０によって、ＨＭＤ２０２や医療用カメラ２を装着具２０に取り付けるようにしている。しかし、マグネットを用いて取り付けるようにしてもよい。

Claims (7)

1. 基部と、
   基部に一端が取り付けられたフレキシブルアームと、
   フレキシブルアームの他端に取り付けられ、カメラおよび光源が設けられた先端部と、
   を備えたフレキシブルカメラ。
2. 眼鏡に装着されたフレキシブルカメラと、前記眼鏡に装着されてフレキシブルカメラに接続されたヘッドマウントディスプレイとを備えたウエアラブルシステムであって、
   前記フレキシブルカメラは、
   基部と、
   基部に一端が取り付けられたフレキシブルアームと、
   フレキシブルアームの他端に取り付けられ、カメラおよび光源が設けられた先端部とを備えたことを特徴とするウエアラブルシステム。
3. 請求項２のウエアラブルシステムにおいて、
   前記ヘッドマウントディスプレイは、
   基部と、
   基部に一端が取り付けられたフレキシブルアームと、
   フレキシブルアームの他端に取り付けられ、ディスプレイが設けられた先端部とを備えたことを特徴とするウエアラブルシステム。
4. 請求項１〜３のいずれかの装置またはシステムにおいて、
   前記フレキシブルアームは、
   線材を中空に巻回したコイルと、
   前記コイルの外周に接し、前記隣接する線材を圧接する方向に収縮力を生じるように伸張され、またはコイルの外径よりもその自然状態における内径が小さく形成され、径方向に収縮力を生じるように伸張された被覆チューブとを備えたことを特徴とする装置またはシステム。
5. ハンドル部と、
   ハンドル部の先端に所定の角度にて形成された撮像部とを備えた口腔内カメラであって、
   前記撮像部は、カメラと光源を収納しており、
   前記撮像部は、中央部が高く周縁部が低くなるように形成され、
   前記中央部に前記カメラによる撮像用穴を設け、前記周縁部に前記光源からの光を通して照明光を取り出す照明穴を設けたことを特徴とする口腔内カメラ。
6. 眼鏡に装着された口腔内カメラと、前記眼鏡に装着されて口腔内カメラに接続されたヘッドマウントディスプレイとを備えたウエアラブルシステムであって、
   前記口腔内カメラは、
   ハンドル部と、
   ハンドル部の先端に所定の角度にて形成された撮像部とを備えており、
   前記撮像部は、カメラと光源を収納しており、
   前記撮像部は、中央部が高く周縁部が低くなるように形成され、
   前記中央部に前記カメラによる撮像用穴を設け、前記周縁部に前記光源からの光を通して照明光を取り出す照明穴を設けたことを特徴とするウエアラブルシステム。
7. 請求項６のウエアラブルシステムにおいて、
   前記ヘッドマウントディスプレイは、
   基部と、
   基部に一端が取り付けられたフレキシブルアームと、
   フレキシブルアームの他端に取り付けられ、ディスプレイが設けられた先端部とを備えたことを特徴とするウエアラブルシステム。