JP4102155B2 - 無影灯自動位置補正点灯システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、歯科用ユニットに用いられる無影灯装置の位置制御、点灯制御を自動で行う無影灯自動位置補正点灯システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、歯科用ユニットにおいて術者が患者を診療するにあたり、無影灯装置の照射部を患者の口腔位置に合わせる為に術者又は衛生士が手動で無影灯装置の支持アーム等を操作をしていた。そのため、術者又は衛生士の手が誤って診療上好ましくない汚染部分に触れるおそれがあった。
【０００３】
また、患者のうがい等のために患者を起き上がらせる場合、患者の頭部に無影灯光源がぶつからないように予め無影灯光源を患者の頭部付近から離しておく必要があった。
【０００４】
そこで、無影灯光源部分に患者の頭部を検出するセンサを設け、該センサからの信号により、患者の頭部にぶつからないように無影灯光源を退避させる歯科用ユニットが開発されている（例えば特許文献１参照）。
また、この歯科用ユニットに換えて、無影灯光源部分にはチェアの動作中のみ患者の頭部の接近を検出するセンサを設け、該センサからの信号により、患者の頭部にぶつからないように無影灯光源を退避させる歯科用ユニットが開発されている（例えば特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３０５５０３５号公報（第２−３頁、第１−２図）
【特許文献２】
特許第３０８６９６０号公報（第２−４頁、第１−２図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した特許に係る発明では、センサの信号により患者と無影灯光源は一定距離に保たれ、退避させることのみを目的としており、患者の口腔位置や治療部位を正確に認識し、自動的に無影灯光源を的確な照射位置に移動し、点灯させるように構成されたものではない。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、術者の汚染防止を図り、患者への接触を回避しつつ自動で無影灯装置照射部及び各関節部を最適照射位置に導いて光照射を行うことができ、また、無影灯装置照射部を的確に口腔位置や治療部位へ自動位置合わせすることができ、術者の作業負担を軽減することが可能な無影灯自動位置補正点灯システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、被照射体である患者に光を照射する無影灯装置照射部を支持する複数の支持部材の各関節部に駆動手段及び各関節部の位置検出を行える無影灯関節部位置検出センサを備えた無影灯装置に適用される無影灯自動位置補正点灯システムであって、被照射体用のチェアの昇降、寝起位置を把握するチェア制御部と、前記無影灯装置又はその近傍に設置した１つ又は複数のカメラと、該カメラからの画像信号を基に被照射体の口腔位置を認識する画像認識部と、前記無影灯関節部位置検出センサからの位置情報及びチェア制御部からのチェア位置情報と、前記画像認識部により認識した被照射体の口腔位置の情報とにより、認識した被照射体の口腔位置に光が照射されるよう前記無影灯装置照射部及び各関節部を制御し、自動で位置合わせ及び光照射を行うライト制御部と、を有することを特徴とするものである。
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、無影灯関節部位置検出センサからの位置情報及びチェア制御部からのチェア位置情報と、画像認識部により認識した被照射体の口腔位置の情報とにより、被照射体の口腔位置に光が照射されるよう無影灯装置照射部及び各関節部を制御し、自動で位置合わせ及び光照射を行うものであるから、無影灯装置照射部、各関節部と、患者との接触を回避しつつ自動で無影灯装置照射部及び各関節部を被照射体の口腔位置に光が照射されるように導いて光照射を行うがことでき、診療を行う術者にとっても診療上好ましくない支持部材等の汚染の恐れのある部分に触れる必要はなく、衛生面に優れた無影灯自動位置補正点灯システムを提供できる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の無影灯自動位置補正点灯システムにおいて、前記画像認識部において、被照射体である患者の口腔開閉を前記カメラから取得した画像と既登録のサンプル画像との比較による口腔開閉の類似度の高低で認識し、前記ライト制御部により無影灯装置照射部に備えた無影灯の点灯、消灯を自動制御することを特徴とするものである。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、被照射体である患者の口腔位置を正確に認識し無影灯装置照射部を的確に口腔位置へ向けて自動位置合わせして無影灯の点灯、消灯を行うことができ、術者の作業負担を軽減することが可能な無影灯自動位置補正点灯システムを提供できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
（実施の形態１）
本実施の形態１の歯科用ユニット及び無影灯装置の無影灯自動位置補正点灯システムについて図１乃至図５を参照して説明する。
【００１３】
本実施の形態１の歯科用ユニット１は、図１乃至図４に示すように患者Ｍ用の油圧式前折れタイプのチェア２と、このチェア２と一体のスピットン部３及び無影灯装置１０を支持する無影灯装置支持部４とを有している。
【００１４】
チェア２は、ユニットベース１１上に昇降駆動されるチェア台１２を配置し、チェア台１２にシート１３を取り付け、更に背板１４、枕（ヘッドレスト）１５及びフットレスト１６を取り付けて構成している。
【００１５】
無影灯装置１０は、チェアマウントタイプに構成している。即ち、無影灯装置支持部４の上端からポール２０を垂直上方に立設し、ポール２０の上端に４個の第１乃至第４アーム２１、２２、２３、２４を順に取り付け、さらに第４アーム２４に無影灯装置照射部３０を回動可能に支持する回動支持具２５を取り付けて構成している。
【００１６】
前記ポール２０の近傍には、取り付け具５を用いて患者画像等を表示する画像モニタ６を配置している。また、無影灯装置照射部３０の外周部には患者Ｍの顔や口腔等を撮像するカメラ（デジタルカメラ）７を配置している。
【００１７】
前記チェア２には、図示していないが背板１４の角度を認識する背板角度認識センサ、チェア台１２の昇降位置を認識する昇降認識センサ、枕１５の高さ、角度を認識する高さ認識センサ、角度認識センサが組み込まれている。
【００１８】
前記背板角度認識センサはチェア台１２内の寝起用油圧シリンダ近傍に、昇降認識センサはチェア台１２内の昇降用油圧シリンダー近傍に、枕１５の高さ認識センサは前記背板１４内に、枕１５の角度認識センサはこの枕１５の傾倒機構部（関節）に各々組み込まれている。
【００１９】
無影灯装置１０におけるポール２０、第１乃至第４アーム２１、２２、２３、２４の連結部分及び第４アーム２４と回動支持具２５との連結部分には、各々アクチュエータを用いた特定の方向に回動する関節部３１、３２、３３、３４’３４を設けている。さらに、各関節部３１、３２、３３、３４’３４には、図示していないが各々のＸ−Ｙ−Ｚ系の座標１、座標２、座標３、座標４’、座標４を検出するための位置検出センサを組み込んでいる。無影灯装置照射部３０を支持する回動支持具２５には、アクチュエータ駆動によりＹ軸回転を行うための回転軸を備えている。
【００２０】
図５は本実施の形態１の無影灯装置１０の無影灯自動位置補正点灯システムの制御系を示すブロック図であり、前記各関節部３１、３２、３３、３４’３４、回動支持具２５及び無影灯装置照射部３０を制御するライト制御部４０と、被照射体である患者Ｍ用のチェア２の昇降、寝起位置を把握するチェア制御部５０とを有している。
【００２１】
更に、本実施の形態１の無影灯自動位置補正点灯システムは、前記カメラ７からの画像信号を処理する画像認識部６０を備え、ライト制御部４０は画像認識部６０の処理結果に基づき、被照射体である患者Ｍの口腔位置の認識、カメラ７から取得した画像と既登録の口腔開閉用のサンプル画像との比較による患者Ｍの口腔開閉状態の認識を行う。また、患者Ｍの頭部支持用の枕１５を傾倒させる傾倒機構部に組み込んだ角度センサの検出信号から、患者Ｍの治療部位（上顎治療部位又は下顎治療部位）の違いを認識するようになっている。尚、図示しない口腔内カメラにより撮影された画像が画像モニタ６に表示されるようになっている。
【００２２】
次に、本実施の形態１の無影灯装置１０の無影灯自動位置補正点灯システムの具体的動作について詳述する。
【００２３】
本実施の形態１の無影灯装置１０の場合、チェア２とスピットン部３（無影灯装置支持部４）の相対関係は、チェア据え付け時の位置関係で把握できるため、スピットン部３に立てたポール２０の上端位置（座標１）から無影灯装置照射部３０及び各関節部３１、３２、３３、３４’３４の位置を把握できる。
【００２４】
（１）患者Ｍの診療時以外は常に図３に示すように、チェア２及びこのチェア２の枕１５を患者導入位置にし、無影灯装置照射部３０も待機位置に配置した状態とする。この時、無影灯装置照射部３０の位置は、図３に示すように、患者導入・退出時に該無影灯装置照射部３０が患者と接触しない位置で、かつ、図４に示す正中線上に無影灯装置照射部３０が位置する場所を待機位置とする。
【００２５】
図３の無影灯装置照射部３０の待機位置は一例であり、患者Ｍがチェア２に着座する際、又はチェア２から退出する際に邪魔にならない位置であれば、待機位置は特に限定されるものではない。
【００２６】
（２）患者導入位置のチェア２の背板角度位置及び昇降距離、枕角度及び枕高さをチェア２の各部に設置されている位置検出センサによって、３次元の格子状座標系ベクトルで検出し、これらの検出信号によりチェア制御部５０がチェア２の背板角度認識及び昇降位置認識、枕位置認識を行う。
【００２７】
また、無影灯装置１０の各部の位置を、無影灯装置照射部３０及び各関節部３１、３２、３３、３４’３４の位置を各部に設置されている各位置検出センサによって、３次元の格子状座標系ベクトルで検出し、これらの検出信号によりライト制御部４０が無影灯装置各部の位置認識を行う。
【００２８】
チェア２と無影灯装置各部の相対位置関係は据え付け時の位置関係で把握可能である。そこで、据え付け時のチェア位置（図２座標ａ’、図３座標ａ）と、スピットン部３に設置された無影灯装置１０の関節部３１の位置（図２、図３の座標１）座標を把握するために、まず、診療空間内を座標１を原点とし、図１の縦方向をＺ軸、横方向をＹ軸、また、図２及び図３の縦方向をＺ軸、横方向をＸ軸とし、図４の縦方向をＹ軸、横方向をＸ軸とする３次元の格子状座標系とし、この時のＺ−Ｘ平面及びＹ−Ｘ平面について、それぞれチェア２の背板角度位置及び昇降位置、枕位置、無影灯装置照射部３０及び無影灯装置１０の各関節部３１、３２、３３、３４’３４の位置を該座標系でのベクトルとしてとらえることが可能である。
【００２９】
尚、前記枕１５に位置検出センサを設置していない場合には、枕角度が背板１４と一直線上に位置する場合（図２：診療位置２、図３：患者導入位置）、チェア２のチェア台高さ及び背板角度を前記座標系でのベクトルとしてとらえると、背板角度や昇降距離より、診療空間内の枕位置を３次元の格子状座標で把握することができる（図２の座標ｃ’、図３の座標ｃ）。
【００３０】
（３）患者Ｍを患者導入位置のチェア２に導入する。
【００３１】
（４）チェア制御部５０から（２）で把握した（患者導入時）チェア２の背板角度位置及び昇降位置、枕位置の情報がライト制御部４０へ送られる。
【００３２】
（５）術者が、患者Ｍに対してまずインフォームドコンセントを行う場合、患者Ｍの口腔内を口腔内カメラを用いて、治療部位を撮影し、その取得画像を画像モニタ６を通して患者Ｍに治療説明を行う際は、チェア２の背板１４は患者導入位置の背板角度位置及び患者導入位置の昇降位置とし、枕１５の位置だけを診療しやすい位置に後方（例えば２０度）へ倒し、患者Ｍの口腔開閉を容易にする姿勢をとる（図３：診療位置１の座標ｃ”参照）。この時、枕角度及び高さ位置移動は、手動操作又は自動制御のいずれも可能である。
【００３３】
（６）チェア２の背板角度位置、昇降位置、及び枕１５（後方へ２０度傾倒した位置）の位置をチェア２の各部内に設置されている位置検出センサによって、３次元の格子状座標系ベクトルでとらえ、チェア制御部５０が把握し、チェア制御部５０で把握したチェア位置伝達信号をライト制御部４０に伝達する。ここで、チェア２と無影灯装置１０の各部の相対位置関係は、据え付け時の位置関係で把握できる（図３の座標１、座標ａの位置は把握している）。そこで、診療空間を３次元の格子状座標系とし、チェア２の各部に設置した位置検出センサによって、チェア２のチェア台高さ、背板角度、枕高さ、枕角度をその座標系でのベクトルとしてとらえられるものである。
【００３４】
（７）枕位置に対する無影灯装置照射部３０の最適照射位置座標（及び向き）をライト制御部４０が３次元座標として算出する。この時、本実施の形態１では、無影灯装置照射部３０の最適照射位置座標は枕平面と垂直方向に無影灯装置照射部３０が位置し、かつ、無影灯装置照射部３０における無影灯光源（ランプ）と枕平面との距離が９００ｍｍに配置される座標を算出する。
【００３５】
枕平面と無影灯光源との距離を９００ｍｍに設定した理由としては、無影灯装置１０の性質上、通常患者口腔位置から無影灯光源までの距離を７００ｍｍと設定する。しかし、患者後頭部から口腔までの長さは小学生から大人の範囲内で１５２〜２２０ｍｍの範囲であり個人差が生じる。しかし、このような個人差は誤差範囲内と考えられるため、後頭部から口腔までの長さを２００ｍｍと設定し、枕平面から無影灯光源間の距離を９００ｍｍと設定するものである。
【００３６】
（８）次に、ライト制御部４０は、無影灯装置照射部３０が最適照射位置座標に来るように、無影灯装置１０の各関節部３１、３２、３３、３４’３４の最適座標をライト制御部４０が算出する。ここで、無影灯装置照射部３０の最適照射位置の検出方法及び移動方法について図６を参照して説明する。
【００３７】
（８−１）Ｚ−Ｘ平面における無影灯装置照射部３０及び無影灯装置１０の各関節部３１、３２、３３、３４’３４の座標算出
（ａ）無影灯装置照射部３０のＹ軸回転を行う回動支持具２５の回転軸と、関節部３４及び関節部３４’の延長線上とが交差する位置の座標Ｔ５が、Ｚ−Ｘ平面において、Ｔ５（ＺＴ５，ＸＴ５）の座標をとる時を最適照射位置座標とする（図２参照）。
（ｂ）無影灯装置照射部３０のＹ軸回転を行う回転軸と関節部３４及び関節部３４’上とが交差するポイント座標Ｔ５が、Ｙ−Ｘ平面において、Ｔ５（ＹＴ５，ＸＴ５）の座標をとる時を最適照射位置座標とする。
（ｃ）図６に示す各関節部座標Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４、Ｗ４’は、図３に示す待機位置の各関節部３１、３２、３３、３４’３４の座標とし、図６に示す各関節部座標Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ４’は図２に示す診療位置２の各関節部３１、３２、３３、３４’３４の座標とする。
（ｄ）Ｗ５、Ｔ５は無影灯装置照射部３０がＹ軸回転を行う回転軸と関節部３４及び関節部３４’の延長線上とが交差する位置の座標とする。
（ｅ）関節部３１は、この関節部３１を支点にＺ軸回転のみ、関節部３２はこの関節部３２を支点にＺ軸回転のみ、関節部３４はこの関節部３４を支点にＺ軸回転のみとする。また、関節部３４’は関節部３３を支点にＹ軸回転（関節部３３を支点に孤を描くように動く）。
（ｆ）座標Ｔ５は関節部３４及び関節部３４’のＸ座標と同じ座標をとり、また、無影灯装置照射部３０（座標５）の回転軸はＹ軸回転のみ（図１参照）とする。
（ｇ）第２アーム２２、第４アーム２４はポール２０と常に平行とする。（ｈ）無影灯装置照射部３０がＹ軸回転を行う回転軸と関節部３４及び関節部３４’の延長線上とが交差するポイント座標Ｔ５が最適位置座標をとる時の各関節部の最適座標を、Ｔ１（ＺＴ１，ＸＴ１）、Ｔ２（ＺＴ２，ＸＴ２）、Ｔ３（ＺＴ３，ＸＴ３）、Ｔ４’（ＺＴ４’，ＸＴ４’）とする。（ｉ）更に、Ｌ１＝ポール２０の長さ、Ｌ２＝第２アーム２２の長さ、Ｌ３＝第３アーム２３の長さ、Ｌ４＝第４アーム２４の長さとする。
【００３８】
（８−２）最適照射位置座標Ｔ５（ＺＴ５，ＸＴ５）の算出
最適照射位置座標Ｔ５（ＺＴ５，ＸＴ５）は、図１に示すように無影灯装置照射部３０の回転軸と関節部３４及び関節部３４’の延長線上とが交差する位置の座標であり、図４に示すように正中線上に位置し、枕平面と垂直方向（向きは座標５より座標ｃの方向）に無影灯装置照射部３０が位置し、かつ、無影灯光源（ランプ）と枕平面との距離が９００ｍｍに配置される座標とする。
【００３９】
（８−３）座標Ｔ４’（ＺＴ４’、ＸＴ４’）の算出
関節部３４（Ｔ４）と関節部３４’（Ｔ４’）位置は常に一定距離を保ち、関節部３４’（Ｔ４’）のＸ座標は関節部３４（Ｔ４）のＸ座標と同じ座標をとる（また、関節部３４’（Ｔ４’）は関節部３３（Ｔ３）の動きに連動する）ため、Ｔ４’座標の算出のみ（Ｔ４座標計算は必要なし）とする。第４アーム２４はポール２０と常に平行である。
また、図１又は図２に示すような関節部３４‘と座標Ｔ５の距離をＬ５と設定すると、座標Ｔ４’（ＺＴ４’、ＸＴ４’）は、ＺＴ４’＝ＺＴ５＋Ｌ５、ＸＴ４’＝ＸＴ５で求めることができる。
【００４０】
（８−４）座標Ｔ３（ＺＴ３，ＸＴ３）の算出
第２アーム２２はポール２０と平行であり、座標Ｔ３と座標Ｔ２とは、Ｚ軸上に常に一定距離にある。そのため、座標Ｔ３は関節部Ｔ１（関節部Ｗ１）を支点に第１アーム２１を半径とする円弧の軌道軸上（図４参照）に必ず位置する。従って、下記数１の演算により座標Ｔ３（ＺＴ３，ＸＴ３）を求めることができる。
【００４１】
【数１】
【００４２】
（８−５）座標Ｔ２（ＺＴ２，ＸＴ２）の算出
第２アーム２２はポール２０と平行であるため、座標Ｔ２は、ＸＴ２＝ＸＴ３、ＺＴ２＝ＺＴ３＋Ｌ２で求めることができる。
【００４３】
（８−６）無影灯装置照射部３０の照射向きθ５
枕１５の位置座標をＴｃ（ＺＴＣ，ＸＴＣ）とすると、図７に示すように、
θ５’＝ｔａｎ−１［（ＺＴＣ−ＺＴ５）／（ＸＴＣ−ＸＴ５）］
θ５＝９０−θ５’の演算により無影灯装置照射部３０の照射向き（最適照射角度）を求めることができる。
【００４４】
（８−７）Ｙ−Ｘ平面における無影灯装置照射部３０の照射向きθ４の座標算出 この場合の座標基準は、図４に示すように、ポール２０の上端の座標１を原点として横方向にひいたＸ軸とし、この時、Ｘ軸と正中線は平行しているものとする（図４参照）。
【００４５】
図８に示すように、Ｌ１＝第１アーム２１の長さ、Ｌ３’＝（第３アーム２３の長さ）×ｃｏｓθ３（第３アーム２３はＺ−Ｘ平面で傾斜しており、θ３はＺ−Ｘ平面で算出）とすると、照射向きθ４は下記数２の演算により求めることができる。そして、ライト制御部４０は、無影灯装置照射部３０の回動支持具２５に設けたアクチュエータに位置制御信号を送り、この無影灯装置照射部３０が照射向きθ４となるように制御する。
【００４６】
【数２】
【００４７】
尚、無影灯装置照射部３０の最適照射位置検出方法の計算は、チェア２がセット位置まで動作する際、毎回行っているが、チェア２のセット位置を記憶部に記憶する際でも可能である。その場合、計算値を記憶しておき、チェア２がセット位置まで動作する際、その計算値を使用する。
【００４９】
（９）最適照射位置座標まで無影灯装置照射部３０が移動するように無影灯装置照射部３０及び無影灯装置１０の各関節部３１、３２、３３、３４’３４へライト制御部４０が位置制御信号を送る。この時、各関節部３１、３２、３３、３４’３４は最適可動範囲内（患者Ｍにぶつからず、かつ、無影灯装置照射部３０が正中線上を移動する範囲）で可動する（図３、図４参照）。
【００４９】
尚、無影灯装置照射部３０の最適照射位置座標への移動は、上述した無影灯装置照射位置検出方法及び移動方法をチェア２のセット位置を記憶する際に行う場合、術者がセットスイッチを押した時、行うことが可能である。また、無影灯装置照射部３０が正中線上を移動するのは一例であり、該無影灯装置照射部３０は正中線上を必ずしも移動する必要はない。
【００５０】
（１０）次に、術者が図２に示す（診療位置２）の診療ポジションにおいて診療する場合、術者がチェア２のセットスイッチを押す。
【００５１】
（１１）チェア２が図２に示す（診療位置２）のセット位置まで傾倒する。この時、枕角度は患者導入位置と同様に背板１４と一直線上とする。枕角度は手動操作及び自動制御のいずれで設定可能である。
【００５２】
（１２）（診療位置２）のチェア２の背板角度位置、昇降位置、及び枕位置をチェア２の各部内に設置されている位置検出センサによって、３次元の格子状座標系ベクトルでとらえ、チェア制御部５０が把握し、チェア制御部５０で把握した各位置の位置伝達信号をライト制御部４０に伝達する。ここで、チェア２と無影灯装置１０の相対位置関係は据え付け時の位置関係で把握できる（図２の座標１、座標ａ’の位置は把握している）。そこで、診療空間を３次元の格子状座標系とし、チェア台高さ、背板角度、枕角度、枕高さをその座標系でのベクトルとしてとらえると、チェア２の背板角度位置、昇降位置、枕位置を把握できる（図２の座標ｂ’、座標ｃ’）。
【００５３】
（１３）枕位置に対する無影灯装置照射部３０の最適照射位置（及び向き）を３次元空間内の位置座標（３次元の座標）としてライト制御部４０が算出することができる。この時、無影灯装置照射部３０の最適照射位置座標は枕平面と垂直方向に無影灯装置照射部３０が位置し、かつ、無影灯光源（ランプ）と枕平面との距離が９００ｍｍに配置される座標を算出する。
【００５４】
（１４）無影灯装置照射部３０が最適照射位置に来るように、無影灯装置１０の各関節部３１、３２、３３、３４’３４の最適座標をライト制御部４０が既述した場合と同様にして算出する。尚、この場合の無影灯装置照射位置検出方法の計算は、チェア２がセット位置まで動作する際、毎回行っているが、チェア２のセット位置を記憶する際でも可能である。この場合、計算値を記憶しておき、チェア２がセット位置まで動作する際、その計算値を使用する。
【００５５】
（１５）無影灯装置照射部３０の最適照射位置座標まで無影灯装置照射部３０が移動するように該無影灯装置照射部３０及び無影灯装置１０の各関節部３１、３２、３３、３４’３４へライト制御部４０が位置制御信号を送る。この時、各関節部３１、３２、３３、３４’３４は最適可動範囲内（患者Ｍにぶつからず、かつ、無影灯装置照射部３０が正中線上を移動する範囲）で可動する（図２、図４参照）。
【００５６】
前記無影灯装置照射部３０の最適照射位置座標への移動は、既述した場合と同様な無影灯装置照射位置検出方法及び移動方法の計算をチェア２のセット位置を記憶する際に行う場合、術者がセットスイッチを押した際に行うことが可能である。また、無影灯装置照射部３０が正中線上を移動するのは一例であり、該無影灯装置照射部３０は正中線上を必ずしも移動する必要はない。
【００５７】
（１６）診療中、患者Ｍのうがい等のためにチェア２の背板１４を起こす場合、万が一チェア背板可動範囲内に無影灯装置照射部３０が位置している場合には、該無影灯装置照射部３０の位置座標を把握し、該無影灯装置照射部３０が患者Ｍにぶつからない位置まで無影灯装置照射部３０をＺ軸上を上方へ、及び／又は、Ｚ軸上を上方かつ患者Ｍの前方へ退避させることが可能である（通常は背板可動範囲内に無影灯装置照射部３０が位置しないようになっている）。
【００５８】
（１７）診療終了後には、術者がリセットスイッチ（チェアオートリターンスイッチ）を押し、患者導入位置ヘチェア２が戻り、及び、無影灯装置照射部３０が正中線上を移動しながら待機位置まで戻る。
【００５９】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について図９、図１０をも参照して説明する。
【００６０】
（１）術者が診療するにあたり、セットスイッチをオンしてチェア２を動作させると（ステップＳ１）、チェア制御部５０は実施の形態１の場合と同様にしてライト制御部４０へチェア２の昇降位置、寝起位置の情報を伝達する（ステップＳ２）。
【００６１】
ライト制御部４０は、実施の形態１の場合と同様にしてチェア２の位置に対する無影灯装置照射部３０の最適照射位置座標、各関節部３１、３２、３３、３４’３４の関節部最適座標を計算する（ステップＳ３）。さらに、ライト制御部４０は、最適照射位置座標及び関節部最適座標まで無影灯装置照射部３０及び各関節部３１、３２、３３、３４’３４を移動させる（ステップＳ４）。この時点では無影灯装置照射部（無影灯光源）３０は枕１５に対して向けられている（図２参照）。
【００６２】
そこで、患者Ｍの口腔位置に的確に照射するためには、微調整が必要となるため、次に無影灯装置照射部３０又は近傍に設置したカメラ７からの取得画像から、画像認識部６０はパターンマッチング法、及び／又は、色情報抽出により、患者の顔の位置、口腔位置を正確に把握する（ステップＳ５、図１０に示すステップＳ１１、ステップＳ１２）（カメラ設置位置は前記に限定されない）。
【００６３】
（２）画像認識部６０は、無影灯装置照射部３０に設置されたカメラ７から入力される画像信号（枕周辺画像）を取得する。この場合、カメラ７からの取得画像から、実際の患者口腔位置を把握するため、画像中の１画素当たりの距離を求めておく。すなわち、画像の各画素を座標として考える。
【００６４】
無影灯装置照射部３０に設置したカメラ７から枕平面まで約９００ｍｍであるから、例えばカメラ７の画角が水平画角３０度、垂直画角３０度、解像度が水平解像度３２０、垂直解像度が２４０の場合、カメラ７の水平画角３０度、垂直画角３０度をそれぞれ二等辺三角形の頂点の角度とし、カメラ７から枕平面までの距離約９００ｍｍを二等辺三角形の高さとすると、二等辺三角形の底辺が距離９００ｍｍにおけるカメラ画角に収まる範囲（距離）となり、その距離を水平解像度、垂直解像度で各々割ると、画像中の１画素当たりの実際の長さが算出される。
つまり、カメラ７の水平画角３０度の場合、
底辺＝２×高さ×ｔａｎ（頂点の角度／２）＝２×９００×ｔａｎ（３０／２）＝約４８２．３ｍｍ
この約４８２．３ｍｍを水平解像度３２０で割ると、一画素当たり１．５０７ｍｍに相当することがわかる。
カメラ７の垂直画角３００の場合、
底辺＝２×高さ×ｔａｎ（頂点の角度／２）＝２×９００×ｔａｎ（３０／２）＝約４８２．３ｍｍ
この約４８２．３ｍｍを垂直解像度２４０で割ると、一画素当たり２．０１０ｍｍに相当することがわかる。
【００６５】
従って、水平の場合は１画素当たりの実際の長さは１．５０７ｍｍ、垂直の場合は１画素当たりの実際の長さは２．０１０ｍｍとなる。尚、このようにして求める値は概略値である。
【００６６】
（３）カメラ７からの画像信号を画像認識部６０において、２次元座標でのパターンマッチング及び／又は色情報抽出処理の手法を用いて、患者Ｍの顔位置をサーチし正確に把握する（ステップＳ１１）。
【００６７】
パターンマッチングの場合は、枕位置が既知であることを利用し、患者Ｍの顔位置のモデルパターン（顔テンプレート）を用いて、取り込んだ画像にパターンマッチング（画像中にラスタ走査させる）をかけ、最もマッチング値の高いモデルパターンとの組み合わせを選択することにより、取り込んだ画像の患者顔位置を正確に把握することが可能となる。尚、カメラ画像に患者Ｍの顔が映っていない場合、カメラ画像中に患者Ｍの顔が映る位置まで無影灯装置照射部３０を移動させることは可能である。
【００６８】
色情報抽出処理の場合は、カメラ７からの取得画像を色相データに変換し、肌色に近い色相値を持つ領域を特定する。具体的には、
（ｉ）ＲＧＢ表色系の色情報をＨＳＶ表色情報に変換する。ＲＧＢ表色系では、Ｒ：赤値、Ｇ：緑値、Ｂ：青値であり、ＨＳＶ表色系ではＨ：色相、Ｓ：彩度、Ｖ：明度である。
（ｉｉ）色による判断としては、画像中の各画素の色の分布により認識対象の位置を判断する。例えば、人の顔であれば色相の値（０〜３５９）の中で顔色に相当する値（例えば０〜６０）の値を持つ画素をマッピングすることで画像中の位置を特定することができる。この場合、背景の色と認識対象の色が異なることが前提であり、
（ａ）背景が限定されない場合、ＣＰＵの演算量を減少させる目的で色情報である程度エリアを絞り込み、パターンマッチングで顔位置を特定するという色情報抽出処理及び／又はパターンマッチングの組み合わせが有効である。
（ｂ）背景が限定され、認識対象との色の分離が良い場合、色情報抽出処理だけで顔位置を特定することが可能である。
【００６９】
（４）次に把握された顔位置から口腔位置の領域を把握（ステップＳ１２）するために、空間的限定、パターンマッチング法、及び色情報抽出処理のいづれか１つ、又は複数用いることにより患者Ｍの口腔位置を２次元座標として前記画像認識部６０が把握する。
ここで、空間的限定：既述した（３）のパターンマッチング及び／又は色情報抽出処理により顔位置を把握した後、顔に対する口腔位置の領域はある程度限定できるので、およその位置の予測をつけて、演算量を減少させる手法である。
パターンマッチング：画像中の顔位置が把握できたことを利用し、予め記憶部に登録してある顔位置に対応する口腔位置のモデルパターン（口テンプレート）を用いて、取り込んだ画像にパターンマッチング（画像中にラスタ走査させる）をかけ、最もマッチング値の高いモデルパターンとの組み合わせを選択することにより、取り込んだ画像の患者口腔位置（口腔位置座標）を把握することが可能となる。
色情報抽出処理：画像を色相データに変換し、唇色に近い色相値を持つ領域を特定する。
【００７０】
（５）上述のようにして患者Ｍの口腔位置を把握した後、患者Ｍの口腔位置が無影灯装置照射部３０の照射中心にあるか否かを画像認識部６０が判断する（ステップＳ６）（図２参照）。図２に無影灯装置照射部３０の照射中心と無影灯光源から照射された光の照射面の中心を示す。
【００７１】
画像認識部６０における判断方法としては、カメラ画角中心と、無影灯装置照射部３０の照射中心の位置関係は予め把握されている。また、無影灯装置照射部３０の位置は最適照射位置座標としてすでに算出され、最適照射位置座標に位置している（位置検出センサによって、該無影灯装置照射部３０の位置座標を把握することも可能である）。
【００７２】
そこで、ライト制御部４０で把握されている無影灯装置照射部３０の最適位置座標の伝達信号を画像認識部６０に伝達し、無影灯装置照射部３０の照射中心を画像認識部６０で把握する。また、カメラ７からの取得画像から、画像認識部６０で把握している口腔位置座標と、画像認識部６０に伝達される無影灯装置照射部３０の照射中心とを画像認識部６０で比較し、無影灯装置照射部３０の照射中心に口腔位置があるか否かの判断を行うことができる。尚、画像認識部６０が口腔位置が照射中心にあるかの判断を行う場合の他、ライト制御部４０が同様の判断を行うことも可能である。
【００７３】
（６）照射中心に口腔位置がない（患者口腔位置と無影灯装置照射部３０の照射中心が一致していない：図２参照）と判断した場合（ステップＳ９）には、画像認識部６０で把握された口腔位置の画像中の座標から、無影灯装置照射部３０の照射中心と口腔位置との実際のズレを把握し（例えば、図２においては無影灯装置照射部３０の角度のズレが把握できる）、把握された口腔位置の画像中の座標から、無影灯装置照射部３０の実際の方向と補正距離を画像認識部６０が算出する。
【００７４】
（７）無影灯装置照射部３０の補正位置座標に該無影灯装置照射部３０が位置するように無影灯装置１０の各関節部３１、３２、３３、３４’３４の最適補正座標を既述した場合と同様にして、画像認識部６０が算出する。
【００７５】
（８）算出された補正値をライト制御部４０に伝達する。
【００７６】
（９）ライト制御部４０は、補正値にあわせて無影灯装置照射部３０が最適補正照射位置座標に移動するように、各関節部３１、３２、３３、３４’３４を制御する位置制御信号を各関節部３１、３２、３３、３４’３４に送り、無影灯装置照射部３０及び各関節部３１、３２、３３、３４’３４を最適可動範囲内（患者Ｍにぶつからず、かつ、無影灯装置照射部３０が正中線上を移動する範囲）で移動させ（ステップＳ１０）、この後ステップＳ５の処理に戻る。
【００７７】
（１０）以上により無影灯装置照射部３０の最適補正照射位置座標に対する位置合わせが完了となる。
【００７８】
（１１）ライト制御部４０が照射制御信号を無影灯装置照射部３０に送り無影灯光源が点灯する（ステップＳ７）。
【００７９】
（１２）患者Ｍに対する診療開始となる（ステップＳ８）。
【００８０】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。
【００８１】
（１）無影灯装置照射部３０が患者口腔位置に的確に照射できる位置に位置した後、無影灯装置照射部３０又は近傍に設置したカメラ７によって患者口腔画像を取得する。
【００８２】
（２）患者Ｍの口腔開閉を認識するために、該カメラ７からの取得画像をパターンマッチング法を用いて識別する。このパターンマッチングの場合、画像中の口腔位置が把握できたことを利用し、予め登録してある口腔開閉のモデルパターン（開いた口テンプレートと閉じた口テンプレートの２つを用意する）を用いて、取り込んだ画像にパターンマッチングをかけ、最もマッチング値の高いモデルパターンとの組み合わせを選択することにより、取り込んだ画像の患者口腔開閉を認識することが可能となる。口テンプレートはソフトウェアにデータとしてインプットしておく（設計時に多数の口腔開閉データを取得して口テンプレートを決定しておく）。
【００８３】
（３）患者Ｍが口腔を開けたと画像認識部６０が認識した場合、無影灯装置照射部３０の無影灯光源を点灯させるように画像認識部がライト制御部４０へ伝達信号を送り、ライト制御部４０が無影灯装置照射部３０に照射制御信号を送り、無影灯光源を点灯させる。
【００８４】
患者が口腔を閉じた（又は閉じている）と画像認識部６０が認識した場合、無影灯装置照射部３０の無影灯光源を消灯させるよう画像認識部６０がライト制御部４０へ伝達信号を送り、ライト制御部４０が無影灯装置照射部３０に照射制御信号を送り、無影灯光源を消灯させる。尚、無影灯光源の点灯及び消灯は手動（スイッチやタッチレスセンサー等）で行うことも可能である。
【００８５】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４について説明する。患者Ｍの治療部位の相違、即ち、上顎治療又は下顎治療によって、枕１５の傾斜角度を変化させ、治療を行う場合がある。そのため、枕位置（傾斜角度）の変化に伴い、無影灯装置照射部３０の照射角度を変化させる必要がある。そこで、本実施の形態４においては、枕１５の傾倒機構部に角度センサーを備え、枕１５の傾斜角度により、無影灯装置照射部３０の最適照射角度判断を行う。
【００８６】
（１）まず、患者Ｍの上顎治療又は下顎治療を行う際、枕１５を起倒させ治療を行うが、術者によって起倒角度が違う可能性があるため、個々の術者が上顎治療、下顎治療を行う際の各々の枕ポジションを設定しておく。
【００８７】
（２）上顎治療を行う場合、枕１５が寝た状態（例えば図３：（診療位置１）のように枕１５が背板１４より後方へ２０度倒れている状態）の場合は、チェア制御部５０が把握した枕位置に対する無影灯装置照射部３０の最適照射位置座標（及び向き）を、ライト制御部が３次元座標として算出する。この際、無影灯装置照射部３０の最適照射位置座標は枕平面と垂直方向に無影灯装置照射部３０が位置し、かつ、無影灯光源（ランプ）と枕平面との距離が９００ｍｍに配置される座標を算出する。
【００８８】
（３）無影灯装置照射部３０が最適照射位置座標に来るように、無影灯装置１０の各関節部３１、３２、３３、３４’３４の最適座標をライト制御部４０が算出する。
【００８９】
（４）最適照射位置座標まで無影灯装置照射部３０が移動するように無影灯装置の各関節部３１、３２、３３、３４’３４へライト制御部４０が位置制御信号を送る。この時、無影灯装置照射部３０及び各関節部３１、３２、３３、３４’３４は最適可動範囲内（患者Ｍにぶつからず、かつ、無影灯装置照射部３０が正中線上を移動する範囲）で移動する。
【００９０】
（５）次に実施の形態２の方法と同様に、無影灯装置照射部３０又は近傍に設置されているカメラ７からの画像信号を画像認識部６０において、２次元座標でのパターンマッチング及び／又は色情報抽出処理を用いて患者Ｍの顔位置を正確に認識し、口腔位置を把握する。
【００９１】
（６）照射中心に口腔位置がない（患者口腔位置と無影灯装置照射部３０の照射中心が一致していない：図２参照）と判断した場合は、画像認識部６０で把握された口腔位置の画像中の座標から、無影灯装置照射部３０の照射中心と口腔位置との実際のズレを把握し（例えば、図２においては無影灯装置照射部３０の角度のズレが把握できる）、把握された口腔位置の画像中の座標から、無影灯装置照射部３０の実際の方向と補正距離を画像認識部６０が算出する。
【００９２】
（７）無影灯装置照射部３０の補正位置座標に無影灯装置照射部３０が位置するように無影灯装置１０の各関節部３１、３２、３３、３４’３４の最適補正座標を画像認識部６０が算出する。
【００９３】
（８）算出された補正値をライト制御部４０に送る。
【００９４】
（９）ライト制御部４０が補正値にあわせて無影灯装置照射部３０が移動するよう、位置制御信号を各関節部３１、３２、３３、３４’３４に送り、無影灯装置照射部３０及び各関節部３１、３２、３３、３４’３４を最適可動範囲内（患者Ｍにぶつからず、かつ、無影灯装置照射部３０が正中線上を移動する範囲）で移動させる。
【００９５】
（１０）患者Ｍの下顎治療を行う場合、枕１５が起きている状態（例えば図２のように背板１４と一直線上に枕１５が位置している状態）の時も、上述した（２）〜（８）と同様の方法で無影灯装置照射部３０及び各関節部３１、３２、３３、３４’３４を最適照射位置に移動させることが可能である。
【００９６】
尚、患者Ｍの上顎治療又は下顎治療に応じて、前記枕１５の傾斜角度を変化させ治療を行う場合、無影灯装置照射部３０に設置したカメラ７と図示しないが壁等に設置した別のカメラとの双方の取得画像を利用して、実施の形態２の方法だけで前記無影灯装置照射部３０を最適照射位置に的確に移動させるように構成することは可能である。
【００９７】
また、図示しないが、壁に設置した別のカメラがあれば、このカメラからの取得画像からだけでも口腔開閉によって無影灯装置照射部３０の照射角度を変化させるように構成することも可能である。
【００９８】
尚、上述した実施の形態１では、チェア制御部５０でチェア２の昇降、寝起位置の値を把握し、ライト制御部４０でその値から枕位置を計算し、枕位置に合わせた無影灯装置照射部３０の位置を計算し、その位置に移動するための各関節部への指令を行うように構成しているが、これらは設計の仕方次第で種々の変更が可能である。
【００９９】
【発明の効果】
本発明によれば、無影灯装置照射部、各関節部と、患者との接触を回避しつつ自動で無影灯装置照射部及び各関節部を最適照射位置である患者の口腔位置に導くことができ、また、診療を行う術者にとっても診療上の汚染防止を図れる無影灯自動位置補正点灯システムを提供できる。
【０１００】
また、本発明によれば、無影灯装置照射部を的確に口腔位置へ向けて自動位置合わせすることができ、術者の作業負担を軽減することが可能な無影灯自動位置補正点灯システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１乃至４の歯科用ユニット及び無影灯装置の側面図である。
【図２】本発明の実施の形態１乃至４の歯科用ユニット及び無影灯装置の正面図である。
【図３】本発明の実施の形態１乃至４の歯科用ユニット及び無影灯装置の正面図である。
【図４】本発明の実施の形態１乃至４の歯科用ユニット及び無影灯装置の平面図である。
【図５】本発明の実施の形態１乃至４の歯科用ユニット及び無影灯装置の制御系を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態１乃至４の無影灯装置のＸ−Ｚ平面における照射位置座標、関節部位置座標検出を行う場合の座標を示す説明図である。
【図７】本発明の実施の形態１乃至４の無影灯装置の無影灯光源と枕の位置座標を示す説明図である。
【図８】本発明の実施の形態１乃至４の無影灯装置のＹ−Ｘ平面における照射位置座標、関節部位置座標、照射角度の関係を示す説明図である。
【図９】本発明の実施の形態１、２の診療開始時から終了までの処理を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態２の口腔位置の把握の処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 歯科用ユニット
２ チェア
３ スピットン部
４ 無影灯装置支持部
５ 取り付け具
６ 画像モニタ
７ カメラ
１０ 無影灯装置
１１ ユニットベース
１２ チェア台
１３ シート
１４ 背板
１５ 枕
１６ フットレスト
２０ ポール
２１ 第１アーム
２２ 第２アーム
２３ 第３アーム
２４ 第４アーム
２５ 回動支持具
３０ 無影灯装置照射部
３１、３２、３３、３４’３４ 関節部
４０ ライト制御部
５０ チェア制御部
６０ 画像認識部
Ｍ 患者
【発明の属する技術分野】
本発明は、歯科用ユニットに用いられる無影灯装置の位置制御、点灯制御を自動で行う無影灯自動位置補正点灯システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、歯科用ユニットにおいて術者が患者を診療するにあたり、無影灯装置の照射部を患者の口腔位置に合わせる為に術者又は衛生士が手動で無影灯装置の支持アーム等を操作をしていた。そのため、術者又は衛生士の手が誤って診療上好ましくない汚染部分に触れるおそれがあった。
【０００３】
また、患者のうがい等のために患者を起き上がらせる場合、患者の頭部に無影灯光源がぶつからないように予め無影灯光源を患者の頭部付近から離しておく必要があった。
【０００４】
そこで、無影灯光源部分に患者の頭部を検出するセンサを設け、該センサからの信号により、患者の頭部にぶつからないように無影灯光源を退避させる歯科用ユニットが開発されている（例えば特許文献１参照）。
また、この歯科用ユニットに換えて、無影灯光源部分にはチェアの動作中のみ患者の頭部の接近を検出するセンサを設け、該センサからの信号により、患者の頭部にぶつからないように無影灯光源を退避させる歯科用ユニットが開発されている（例えば特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３０５５０３５号公報（第２−３頁、第１−２図）
【特許文献２】
特許第３０８６９６０号公報（第２−４頁、第１−２図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した特許に係る発明では、センサの信号により患者と無影灯光源は一定距離に保たれ、退避させることのみを目的としており、患者の口腔位置や治療部位を正確に認識し、自動的に無影灯光源を的確な照射位置に移動し、点灯させるように構成されたものではない。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、術者の汚染防止を図り、患者への接触を回避しつつ自動で無影灯装置照射部及び各関節部を最適照射位置に導いて光照射を行うことができ、また、無影灯装置照射部を的確に口腔位置や治療部位へ自動位置合わせすることができ、術者の作業負担を軽減することが可能な無影灯自動位置補正点灯システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、被照射体である患者に光を照射する無影灯装置照射部を支持する複数の支持部材の各関節部に駆動手段及び各関節部の位置検出を行える無影灯関節部位置検出センサを備えた無影灯装置に適用される無影灯自動位置補正点灯システムであって、被照射体用のチェアの昇降、寝起位置を把握するチェア制御部と、前記無影灯装置又はその近傍に設置した１つ又は複数のカメラと、該カメラからの画像信号を基に被照射体の口腔位置を認識する画像認識部と、前記無影灯関節部位置検出センサからの位置情報及びチェア制御部からのチェア位置情報と、前記画像認識部により認識した被照射体の口腔位置の情報とにより、認識した被照射体の口腔位置に光が照射されるよう前記無影灯装置照射部及び各関節部を制御し、自動で位置合わせ及び光照射を行うライト制御部と、を有することを特徴とするものである。
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、無影灯関節部位置検出センサからの位置情報及びチェア制御部からのチェア位置情報と、画像認識部により認識した被照射体の口腔位置の情報とにより、被照射体の口腔位置に光が照射されるよう無影灯装置照射部及び各関節部を制御し、自動で位置合わせ及び光照射を行うものであるから、無影灯装置照射部、各関節部と、患者との接触を回避しつつ自動で無影灯装置照射部及び各関節部を被照射体の口腔位置に光が照射されるように導いて光照射を行うがことでき、診療を行う術者にとっても診療上好ましくない支持部材等の汚染の恐れのある部分に触れる必要はなく、衛生面に優れた無影灯自動位置補正点灯システムを提供できる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の無影灯自動位置補正点灯システムにおいて、前記画像認識部において、被照射体である患者の口腔開閉を前記カメラから取得した画像と既登録のサンプル画像との比較による口腔開閉の類似度の高低で認識し、前記ライト制御部により無影灯装置照射部に備えた無影灯の点灯、消灯を自動制御することを特徴とするものである。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、被照射体である患者の口腔位置を正確に認識し無影灯装置照射部を的確に口腔位置へ向けて自動位置合わせして無影灯の点灯、消灯を行うことができ、術者の作業負担を軽減することが可能な無影灯自動位置補正点灯システムを提供できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
（実施の形態１）
本実施の形態１の歯科用ユニット及び無影灯装置の無影灯自動位置補正点灯システムについて図１乃至図５を参照して説明する。
【００１３】
本実施の形態１の歯科用ユニット１は、図１乃至図４に示すように患者Ｍ用の油圧式前折れタイプのチェア２と、このチェア２と一体のスピットン部３及び無影灯装置１０を支持する無影灯装置支持部４とを有している。
【００１４】
チェア２は、ユニットベース１１上に昇降駆動されるチェア台１２を配置し、チェア台１２にシート１３を取り付け、更に背板１４、枕（ヘッドレスト）１５及びフットレスト１６を取り付けて構成している。
【００１５】
無影灯装置１０は、チェアマウントタイプに構成している。即ち、無影灯装置支持部４の上端からポール２０を垂直上方に立設し、ポール２０の上端に４個の第１乃至第４アーム２１、２２、２３、２４を順に取り付け、さらに第４アーム２４に無影灯装置照射部３０を回動可能に支持する回動支持具２５を取り付けて構成している。
【００１６】
前記ポール２０の近傍には、取り付け具５を用いて患者画像等を表示する画像モニタ６を配置している。また、無影灯装置照射部３０の外周部には患者Ｍの顔や口腔等を撮像するカメラ（デジタルカメラ）７を配置している。
【００１７】
前記チェア２には、図示していないが背板１４の角度を認識する背板角度認識センサ、チェア台１２の昇降位置を認識する昇降認識センサ、枕１５の高さ、角度を認識する高さ認識センサ、角度認識センサが組み込まれている。
【００１８】
前記背板角度認識センサはチェア台１２内の寝起用油圧シリンダ近傍に、昇降認識センサはチェア台１２内の昇降用油圧シリンダー近傍に、枕１５の高さ認識センサは前記背板１４内に、枕１５の角度認識センサはこの枕１５の傾倒機構部（関節）に各々組み込まれている。
【００１９】
無影灯装置１０におけるポール２０、第１乃至第４アーム２１、２２、２３、２４の連結部分及び第４アーム２４と回動支持具２５との連結部分には、各々アクチュエータを用いた特定の方向に回動する関節部３１、３２、３３、３４’３４を設けている。さらに、各関節部３１、３２、３３、３４’３４には、図示していないが各々のＸ−Ｙ−Ｚ系の座標１、座標２、座標３、座標４’、座標４を検出するための位置検出センサを組み込んでいる。無影灯装置照射部３０を支持する回動支持具２５には、アクチュエータ駆動によりＹ軸回転を行うための回転軸を備えている。
【００２０】
図５は本実施の形態１の無影灯装置１０の無影灯自動位置補正点灯システムの制御系を示すブロック図であり、前記各関節部３１、３２、３３、３４’３４、回動支持具２５及び無影灯装置照射部３０を制御するライト制御部４０と、被照射体である患者Ｍ用のチェア２の昇降、寝起位置を把握するチェア制御部５０とを有している。
【００２１】
更に、本実施の形態１の無影灯自動位置補正点灯システムは、前記カメラ７からの画像信号を処理する画像認識部６０を備え、ライト制御部４０は画像認識部６０の処理結果に基づき、被照射体である患者Ｍの口腔位置の認識、カメラ７から取得した画像と既登録の口腔開閉用のサンプル画像との比較による患者Ｍの口腔開閉状態の認識を行う。また、患者Ｍの頭部支持用の枕１５を傾倒させる傾倒機構部に組み込んだ角度センサの検出信号から、患者Ｍの治療部位（上顎治療部位又は下顎治療部位）の違いを認識するようになっている。尚、図示しない口腔内カメラにより撮影された画像が画像モニタ６に表示されるようになっている。
【００２２】
次に、本実施の形態１の無影灯装置１０の無影灯自動位置補正点灯システムの具体的動作について詳述する。
【００２３】
本実施の形態１の無影灯装置１０の場合、チェア２とスピットン部３（無影灯装置支持部４）の相対関係は、チェア据え付け時の位置関係で把握できるため、スピットン部３に立てたポール２０の上端位置（座標１）から無影灯装置照射部３０及び各関節部３１、３２、３３、３４’３４の位置を把握できる。
【００２４】
（１）患者Ｍの診療時以外は常に図３に示すように、チェア２及びこのチェア２の枕１５を患者導入位置にし、無影灯装置照射部３０も待機位置に配置した状態とする。この時、無影灯装置照射部３０の位置は、図３に示すように、患者導入・退出時に該無影灯装置照射部３０が患者と接触しない位置で、かつ、図４に示す正中線上に無影灯装置照射部３０が位置する場所を待機位置とする。
【００２５】
図３の無影灯装置照射部３０の待機位置は一例であり、患者Ｍがチェア２に着座する際、又はチェア２から退出する際に邪魔にならない位置であれば、待機位置は特に限定されるものではない。
【００２６】
（２）患者導入位置のチェア２の背板角度位置及び昇降距離、枕角度及び枕高さをチェア２の各部に設置されている位置検出センサによって、３次元の格子状座標系ベクトルで検出し、これらの検出信号によりチェア制御部５０がチェア２の背板角度認識及び昇降位置認識、枕位置認識を行う。
【００２７】
また、無影灯装置１０の各部の位置を、無影灯装置照射部３０及び各関節部３１、３２、３３、３４’３４の位置を各部に設置されている各位置検出センサによって、３次元の格子状座標系ベクトルで検出し、これらの検出信号によりライト制御部４０が無影灯装置各部の位置認識を行う。
【００２８】
チェア２と無影灯装置各部の相対位置関係は据え付け時の位置関係で把握可能である。そこで、据え付け時のチェア位置（図２座標ａ’、図３座標ａ）と、スピットン部３に設置された無影灯装置１０の関節部３１の位置（図２、図３の座標１）座標を把握するために、まず、診療空間内を座標１を原点とし、図１の縦方向をＺ軸、横方向をＹ軸、また、図２及び図３の縦方向をＺ軸、横方向をＸ軸とし、図４の縦方向をＹ軸、横方向をＸ軸とする３次元の格子状座標系とし、この時のＺ−Ｘ平面及びＹ−Ｘ平面について、それぞれチェア２の背板角度位置及び昇降位置、枕位置、無影灯装置照射部３０及び無影灯装置１０の各関節部３１、３２、３３、３４’３４の位置を該座標系でのベクトルとしてとらえることが可能である。
【００２９】
尚、前記枕１５に位置検出センサを設置していない場合には、枕角度が背板１４と一直線上に位置する場合（図２：診療位置２、図３：患者導入位置）、チェア２のチェア台高さ及び背板角度を前記座標系でのベクトルとしてとらえると、背板角度や昇降距離より、診療空間内の枕位置を３次元の格子状座標で把握することができる（図２の座標ｃ’、図３の座標ｃ）。
【００３０】
（３）患者Ｍを患者導入位置のチェア２に導入する。
【００３１】
（４）チェア制御部５０から（２）で把握した（患者導入時）チェア２の背板角度位置及び昇降位置、枕位置の情報がライト制御部４０へ送られる。
【００３２】
（５）術者が、患者Ｍに対してまずインフォームドコンセントを行う場合、患者Ｍの口腔内を口腔内カメラを用いて、治療部位を撮影し、その取得画像を画像モニタ６を通して患者Ｍに治療説明を行う際は、チェア２の背板１４は患者導入位置の背板角度位置及び患者導入位置の昇降位置とし、枕１５の位置だけを診療しやすい位置に後方（例えば２０度）へ倒し、患者Ｍの口腔開閉を容易にする姿勢をとる（図３：診療位置１の座標ｃ”参照）。この時、枕角度及び高さ位置移動は、手動操作又は自動制御のいずれも可能である。
【００３３】
（６）チェア２の背板角度位置、昇降位置、及び枕１５（後方へ２０度傾倒した位置）の位置をチェア２の各部内に設置されている位置検出センサによって、３次元の格子状座標系ベクトルでとらえ、チェア制御部５０が把握し、チェア制御部５０で把握したチェア位置伝達信号をライト制御部４０に伝達する。ここで、チェア２と無影灯装置１０の各部の相対位置関係は、据え付け時の位置関係で把握できる（図３の座標１、座標ａの位置は把握している）。そこで、診療空間を３次元の格子状座標系とし、チェア２の各部に設置した位置検出センサによって、チェア２のチェア台高さ、背板角度、枕高さ、枕角度をその座標系でのベクトルとしてとらえられるものである。
【００３４】
（７）枕位置に対する無影灯装置照射部３０の最適照射位置座標（及び向き）をライト制御部４０が３次元座標として算出する。この時、本実施の形態１では、無影灯装置照射部３０の最適照射位置座標は枕平面と垂直方向に無影灯装置照射部３０が位置し、かつ、無影灯装置照射部３０における無影灯光源（ランプ）と枕平面との距離が９００ｍｍに配置される座標を算出する。
【００３５】
枕平面と無影灯光源との距離を９００ｍｍに設定した理由としては、無影灯装置１０の性質上、通常患者口腔位置から無影灯光源までの距離を７００ｍｍと設定する。しかし、患者後頭部から口腔までの長さは小学生から大人の範囲内で１５２〜２２０ｍｍの範囲であり個人差が生じる。しかし、このような個人差は誤差範囲内と考えられるため、後頭部から口腔までの長さを２００ｍｍと設定し、枕平面から無影灯光源間の距離を９００ｍｍと設定するものである。
【００３６】
（８）次に、ライト制御部４０は、無影灯装置照射部３０が最適照射位置座標に来るように、無影灯装置１０の各関節部３１、３２、３３、３４’３４の最適座標をライト制御部４０が算出する。ここで、無影灯装置照射部３０の最適照射位置の検出方法及び移動方法について図６を参照して説明する。
【００３７】
（８−１）Ｚ−Ｘ平面における無影灯装置照射部３０及び無影灯装置１０の各関節部３１、３２、３３、３４’３４の座標算出
（ａ）無影灯装置照射部３０のＹ軸回転を行う回動支持具２５の回転軸と、関節部３４及び関節部３４’の延長線上とが交差する位置の座標Ｔ５が、Ｚ−Ｘ平面において、Ｔ５（ＺＴ５，ＸＴ５）の座標をとる時を最適照射位置座標とする（図２参照）。
（ｂ）無影灯装置照射部３０のＹ軸回転を行う回転軸と関節部３４及び関節部３４’上とが交差するポイント座標Ｔ５が、Ｙ−Ｘ平面において、Ｔ５（ＹＴ５，ＸＴ５）の座標をとる時を最適照射位置座標とする。
（ｃ）図６に示す各関節部座標Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４、Ｗ４’は、図３に示す待機位置の各関節部３１、３２、３３、３４’３４の座標とし、図６に示す各関節部座標Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ４’は図２に示す診療位置２の各関節部３１、３２、３３、３４’３４の座標とする。
（ｄ）Ｗ５、Ｔ５は無影灯装置照射部３０がＹ軸回転を行う回転軸と関節部３４及び関節部３４’の延長線上とが交差する位置の座標とする。
（ｅ）関節部３１は、この関節部３１を支点にＺ軸回転のみ、関節部３２はこの関節部３２を支点にＺ軸回転のみ、関節部３４はこの関節部３４を支点にＺ軸回転のみとする。また、関節部３４’は関節部３３を支点にＹ軸回転（関節部３３を支点に孤を描くように動く）。
（ｆ）座標Ｔ５は関節部３４及び関節部３４’のＸ座標と同じ座標をとり、また、無影灯装置照射部３０（座標５）の回転軸はＹ軸回転のみ（図１参照）とする。
（ｇ）第２アーム２２、第４アーム２４はポール２０と常に平行とする。（ｈ）無影灯装置照射部３０がＹ軸回転を行う回転軸と関節部３４及び関節部３４’の延長線上とが交差するポイント座標Ｔ５が最適位置座標をとる時の各関節部の最適座標を、Ｔ１（ＺＴ１，ＸＴ１）、Ｔ２（ＺＴ２，ＸＴ２）、Ｔ３（ＺＴ３，ＸＴ３）、Ｔ４’（ＺＴ４’，ＸＴ４’）とする。（ｉ）更に、Ｌ１＝ポール２０の長さ、Ｌ２＝第２アーム２２の長さ、Ｌ３＝第３アーム２３の長さ、Ｌ４＝第４アーム２４の長さとする。
【００３８】
（８−２）最適照射位置座標Ｔ５（ＺＴ５，ＸＴ５）の算出
最適照射位置座標Ｔ５（ＺＴ５，ＸＴ５）は、図１に示すように無影灯装置照射部３０の回転軸と関節部３４及び関節部３４’の延長線上とが交差する位置の座標であり、図４に示すように正中線上に位置し、枕平面と垂直方向（向きは座標５より座標ｃの方向）に無影灯装置照射部３０が位置し、かつ、無影灯光源（ランプ）と枕平面との距離が９００ｍｍに配置される座標とする。
【００３９】
（８−３）座標Ｔ４’（ＺＴ４’、ＸＴ４’）の算出
関節部３４（Ｔ４）と関節部３４’（Ｔ４’）位置は常に一定距離を保ち、関節部３４’（Ｔ４’）のＸ座標は関節部３４（Ｔ４）のＸ座標と同じ座標をとる（また、関節部３４’（Ｔ４’）は関節部３３（Ｔ３）の動きに連動する）ため、Ｔ４’座標の算出のみ（Ｔ４座標計算は必要なし）とする。第４アーム２４はポール２０と常に平行である。
また、図１又は図２に示すような関節部３４‘と座標Ｔ５の距離をＬ５と設定すると、座標Ｔ４’（ＺＴ４’、ＸＴ４’）は、ＺＴ４’＝ＺＴ５＋Ｌ５、ＸＴ４’＝ＸＴ５で求めることができる。
【００４０】
（８−４）座標Ｔ３（ＺＴ３，ＸＴ３）の算出
第２アーム２２はポール２０と平行であり、座標Ｔ３と座標Ｔ２とは、Ｚ軸上に常に一定距離にある。そのため、座標Ｔ３は関節部Ｔ１（関節部Ｗ１）を支点に第１アーム２１を半径とする円弧の軌道軸上（図４参照）に必ず位置する。従って、下記数１の演算により座標Ｔ３（ＺＴ３，ＸＴ３）を求めることができる。
【００４１】
【数１】
（８−５）座標Ｔ２（ＺＴ２，ＸＴ２）の算出
第２アーム２２はポール２０と平行であるため、座標Ｔ２は、ＸＴ２＝ＸＴ３、ＺＴ２＝ＺＴ３＋Ｌ２で求めることができる。
【００４３】
（８−６）無影灯装置照射部３０の照射向きθ５
枕１５の位置座標をＴｃ（ＺＴＣ，ＸＴＣ）とすると、図７に示すように、
θ５’＝ｔａｎ−１［（ＺＴＣ−ＺＴ５）／（ＸＴＣ−ＸＴ５）］
θ５＝９０−θ５’の演算により無影灯装置照射部３０の照射向き（最適照射角度）を求めることができる。
【００４４】
（８−７）Ｙ−Ｘ平面における無影灯装置照射部３０の照射向きθ４の座標算出 この場合の座標基準は、図４に示すように、ポール２０の上端の座標１を原点として横方向にひいたＸ軸とし、この時、Ｘ軸と正中線は平行しているものとする（図４参照）。
【００４５】
図８に示すように、Ｌ１＝第１アーム２１の長さ、Ｌ３’＝（第３アーム２３の長さ）×ｃｏｓθ３（第３アーム２３はＺ−Ｘ平面で傾斜しており、θ３はＺ−Ｘ平面で算出）とすると、照射向きθ４は下記数２の演算により求めることができる。そして、ライト制御部４０は、無影灯装置照射部３０の回動支持具２５に設けたアクチュエータに位置制御信号を送り、この無影灯装置照射部３０が照射向きθ４となるように制御する。
【００４６】
【数２】
尚、無影灯装置照射部３０の最適照射位置検出方法の計算は、チェア２がセット位置まで動作する際、毎回行っているが、チェア２のセット位置を記憶部に記憶する際でも可能である。その場合、計算値を記憶しておき、チェア２がセット位置まで動作する際、その計算値を使用する。
【００４９】
（９）最適照射位置座標まで無影灯装置照射部３０が移動するように無影灯装置照射部３０及び無影灯装置１０の各関節部３１、３２、３３、３４’３４へライト制御部４０が位置制御信号を送る。この時、各関節部３１、３２、３３、３４’３４は最適可動範囲内（患者Ｍにぶつからず、かつ、無影灯装置照射部３０が正中線上を移動する範囲）で可動する（図３、図４参照）。
【００４９】
尚、無影灯装置照射部３０の最適照射位置座標への移動は、上述した無影灯装置照射位置検出方法及び移動方法をチェア２のセット位置を記憶する際に行う場合、術者がセットスイッチを押した時、行うことが可能である。また、無影灯装置照射部３０が正中線上を移動するのは一例であり、該無影灯装置照射部３０は正中線上を必ずしも移動する必要はない。
【００５０】
（１０）次に、術者が図２に示す（診療位置２）の診療ポジションにおいて診療する場合、術者がチェア２のセットスイッチを押す。
【００５１】
（１１）チェア２が図２に示す（診療位置２）のセット位置まで傾倒する。この時、枕角度は患者導入位置と同様に背板１４と一直線上とする。枕角度は手動操作及び自動制御のいずれで設定可能である。
【００５２】
（１２）（診療位置２）のチェア２の背板角度位置、昇降位置、及び枕位置をチェア２の各部内に設置されている位置検出センサによって、３次元の格子状座標系ベクトルでとらえ、チェア制御部５０が把握し、チェア制御部５０で把握した各位置の位置伝達信号をライト制御部４０に伝達する。ここで、チェア２と無影灯装置１０の相対位置関係は据え付け時の位置関係で把握できる（図２の座標１、座標ａ’の位置は把握している）。そこで、診療空間を３次元の格子状座標系とし、チェア台高さ、背板角度、枕角度、枕高さをその座標系でのベクトルとしてとらえると、チェア２の背板角度位置、昇降位置、枕位置を把握できる（図２の座標ｂ’、座標ｃ’）。
【００５３】
（１３）枕位置に対する無影灯装置照射部３０の最適照射位置（及び向き）を３次元空間内の位置座標（３次元の座標）としてライト制御部４０が算出することができる。この時、無影灯装置照射部３０の最適照射位置座標は枕平面と垂直方向に無影灯装置照射部３０が位置し、かつ、無影灯光源（ランプ）と枕平面との距離が９００ｍｍに配置される座標を算出する。
【００５４】
（１４）無影灯装置照射部３０が最適照射位置に来るように、無影灯装置１０の各関節部３１、３２、３３、３４’３４の最適座標をライト制御部４０が既述した場合と同様にして算出する。尚、この場合の無影灯装置照射位置検出方法の計算は、チェア２がセット位置まで動作する際、毎回行っているが、チェア２のセット位置を記憶する際でも可能である。この場合、計算値を記憶しておき、チェア２がセット位置まで動作する際、その計算値を使用する。
【００５５】
（１５）無影灯装置照射部３０の最適照射位置座標まで無影灯装置照射部３０が移動するように該無影灯装置照射部３０及び無影灯装置１０の各関節部３１、３２、３３、３４’３４へライト制御部４０が位置制御信号を送る。この時、各関節部３１、３２、３３、３４’３４は最適可動範囲内（患者Ｍにぶつからず、かつ、無影灯装置照射部３０が正中線上を移動する範囲）で可動する（図２、図４参照）。
【００５６】
前記無影灯装置照射部３０の最適照射位置座標への移動は、既述した場合と同様な無影灯装置照射位置検出方法及び移動方法の計算をチェア２のセット位置を記憶する際に行う場合、術者がセットスイッチを押した際に行うことが可能である。また、無影灯装置照射部３０が正中線上を移動するのは一例であり、該無影灯装置照射部３０は正中線上を必ずしも移動する必要はない。
【００５７】
（１６）診療中、患者Ｍのうがい等のためにチェア２の背板１４を起こす場合、万が一チェア背板可動範囲内に無影灯装置照射部３０が位置している場合には、該無影灯装置照射部３０の位置座標を把握し、該無影灯装置照射部３０が患者Ｍにぶつからない位置まで無影灯装置照射部３０をＺ軸上を上方へ、及び／又は、Ｚ軸上を上方かつ患者Ｍの前方へ退避させることが可能である（通常は背板可動範囲内に無影灯装置照射部３０が位置しないようになっている）。
【００５８】
（１７）診療終了後には、術者がリセットスイッチ（チェアオートリターンスイッチ）を押し、患者導入位置ヘチェア２が戻り、及び、無影灯装置照射部３０が正中線上を移動しながら待機位置まで戻る。
【００５９】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について図９、図１０をも参照して説明する。
【００６０】
（１）術者が診療するにあたり、セットスイッチをオンしてチェア２を動作させると（ステップＳ１）、チェア制御部５０は実施の形態１の場合と同様にしてライト制御部４０へチェア２の昇降位置、寝起位置の情報を伝達する（ステップＳ２）。
【００６１】
ライト制御部４０は、実施の形態１の場合と同様にしてチェア２の位置に対する無影灯装置照射部３０の最適照射位置座標、各関節部３１、３２、３３、３４’３４の関節部最適座標を計算する（ステップＳ３）。さらに、ライト制御部４０は、最適照射位置座標及び関節部最適座標まで無影灯装置照射部３０及び各関節部３１、３２、３３、３４’３４を移動させる（ステップＳ４）。この時点では無影灯装置照射部（無影灯光源）３０は枕１５に対して向けられている（図２参照）。
【００６２】
そこで、患者Ｍの口腔位置に的確に照射するためには、微調整が必要となるため、次に無影灯装置照射部３０又は近傍に設置したカメラ７からの取得画像から、画像認識部６０はパターンマッチング法、及び／又は、色情報抽出により、患者の顔の位置、口腔位置を正確に把握する（ステップＳ５、図１０に示すステップＳ１１、ステップＳ１２）（カメラ設置位置は前記に限定されない）。
【００６３】
（２）画像認識部６０は、無影灯装置照射部３０に設置されたカメラ７から入力される画像信号（枕周辺画像）を取得する。この場合、カメラ７からの取得画像から、実際の患者口腔位置を把握するため、画像中の１画素当たりの距離を求めておく。すなわち、画像の各画素を座標として考える。
【００６４】
無影灯装置照射部３０に設置したカメラ７から枕平面まで約９００ｍｍであるから、例えばカメラ７の画角が水平画角３０度、垂直画角３０度、解像度が水平解像度３２０、垂直解像度が２４０の場合、カメラ７の水平画角３０度、垂直画角３０度をそれぞれ二等辺三角形の頂点の角度とし、カメラ７から枕平面までの距離約９００ｍｍを二等辺三角形の高さとすると、二等辺三角形の底辺が距離９００ｍｍにおけるカメラ画角に収まる範囲（距離）となり、その距離を水平解像度、垂直解像度で各々割ると、画像中の１画素当たりの実際の長さが算出される。
つまり、カメラ７の水平画角３０度の場合、
底辺＝２×高さ×ｔａｎ（頂点の角度／２）＝２×９００×ｔａｎ（３０／２）＝約４８２．３ｍｍ
この約４８２．３ｍｍを水平解像度３２０で割ると、一画素当たり１．５０７ｍｍに相当することがわかる。
カメラ７の垂直画角３００の場合、
底辺＝２×高さ×ｔａｎ（頂点の角度／２）＝２×９００×ｔａｎ（３０／２）＝約４８２．３ｍｍ
この約４８２．３ｍｍを垂直解像度２４０で割ると、一画素当たり２．０１０ｍｍに相当することがわかる。
【００６５】
従って、水平の場合は１画素当たりの実際の長さは１．５０７ｍｍ、垂直の場合は１画素当たりの実際の長さは２．０１０ｍｍとなる。尚、このようにして求める値は概略値である。
【００６６】
（３）カメラ７からの画像信号を画像認識部６０において、２次元座標でのパターンマッチング及び／又は色情報抽出処理の手法を用いて、患者Ｍの顔位置をサーチし正確に把握する（ステップＳ１１）。
【００６７】
パターンマッチングの場合は、枕位置が既知であることを利用し、患者Ｍの顔位置のモデルパターン（顔テンプレート）を用いて、取り込んだ画像にパターンマッチング（画像中にラスタ走査させる）をかけ、最もマッチング値の高いモデルパターンとの組み合わせを選択することにより、取り込んだ画像の患者顔位置を正確に把握することが可能となる。尚、カメラ画像に患者Ｍの顔が映っていない場合、カメラ画像中に患者Ｍの顔が映る位置まで無影灯装置照射部３０を移動させることは可能である。
【００６８】
色情報抽出処理の場合は、カメラ７からの取得画像を色相データに変換し、肌色に近い色相値を持つ領域を特定する。具体的には、
（ｉ）ＲＧＢ表色系の色情報をＨＳＶ表色情報に変換する。ＲＧＢ表色系では、Ｒ：赤値、Ｇ：緑値、Ｂ：青値であり、ＨＳＶ表色系ではＨ：色相、Ｓ：彩度、Ｖ：明度である。
（ｉｉ）色による判断としては、画像中の各画素の色の分布により認識対象の位置を判断する。例えば、人の顔であれば色相の値（０〜３５９）の中で顔色に相当する値（例えば０〜６０）の値を持つ画素をマッピングすることで画像中の位置を特定することができる。この場合、背景の色と認識対象の色が異なることが前提であり、
（ａ）背景が限定されない場合、ＣＰＵの演算量を減少させる目的で色情報である程度エリアを絞り込み、パターンマッチングで顔位置を特定するという色情報抽出処理及び／又はパターンマッチングの組み合わせが有効である。
（ｂ）背景が限定され、認識対象との色の分離が良い場合、色情報抽出処理だけで顔位置を特定することが可能である。
【００６９】
（４）次に把握された顔位置から口腔位置の領域を把握（ステップＳ１２）するために、空間的限定、パターンマッチング法、及び色情報抽出処理のいづれか１つ、又は複数用いることにより患者Ｍの口腔位置を２次元座標として前記画像認識部６０が把握する。
ここで、空間的限定：既述した（３）のパターンマッチング及び／又は色情報抽出処理により顔位置を把握した後、顔に対する口腔位置の領域はある程度限定できるので、およその位置の予測をつけて、演算量を減少させる手法である。
パターンマッチング：画像中の顔位置が把握できたことを利用し、予め記憶部に登録してある顔位置に対応する口腔位置のモデルパターン（口テンプレート）を用いて、取り込んだ画像にパターンマッチング（画像中にラスタ走査させる）をかけ、最もマッチング値の高いモデルパターンとの組み合わせを選択することにより、取り込んだ画像の患者口腔位置（口腔位置座標）を把握することが可能となる。
色情報抽出処理：画像を色相データに変換し、唇色に近い色相値を持つ領域を特定する。
【００７０】
（５）上述のようにして患者Ｍの口腔位置を把握した後、患者Ｍの口腔位置が無影灯装置照射部３０の照射中心にあるか否かを画像認識部６０が判断する（ステップＳ６）（図２参照）。図２に無影灯装置照射部３０の照射中心と無影灯光源から照射された光の照射面の中心を示す。
【００７１】
画像認識部６０における判断方法としては、カメラ画角中心と、無影灯装置照射部３０の照射中心の位置関係は予め把握されている。また、無影灯装置照射部３０の位置は最適照射位置座標としてすでに算出され、最適照射位置座標に位置している（位置検出センサによって、該無影灯装置照射部３０の位置座標を把握することも可能である）。
【００７２】
そこで、ライト制御部４０で把握されている無影灯装置照射部３０の最適位置座標の伝達信号を画像認識部６０に伝達し、無影灯装置照射部３０の照射中心を画像認識部６０で把握する。また、カメラ７からの取得画像から、画像認識部６０で把握している口腔位置座標と、画像認識部６０に伝達される無影灯装置照射部３０の照射中心とを画像認識部６０で比較し、無影灯装置照射部３０の照射中心に口腔位置があるか否かの判断を行うことができる。尚、画像認識部６０が口腔位置が照射中心にあるかの判断を行う場合の他、ライト制御部４０が同様の判断を行うことも可能である。
【００７３】
（６）照射中心に口腔位置がない（患者口腔位置と無影灯装置照射部３０の照射中心が一致していない：図２参照）と判断した場合（ステップＳ９）には、画像認識部６０で把握された口腔位置の画像中の座標から、無影灯装置照射部３０の照射中心と口腔位置との実際のズレを把握し（例えば、図２においては無影灯装置照射部３０の角度のズレが把握できる）、把握された口腔位置の画像中の座標から、無影灯装置照射部３０の実際の方向と補正距離を画像認識部６０が算出する。
【００７４】
（７）無影灯装置照射部３０の補正位置座標に該無影灯装置照射部３０が位置するように無影灯装置１０の各関節部３１、３２、３３、３４’３４の最適補正座標を既述した場合と同様にして、画像認識部６０が算出する。
【００７５】
（８）算出された補正値をライト制御部４０に伝達する。
【００７６】
（９）ライト制御部４０は、補正値にあわせて無影灯装置照射部３０が最適補正照射位置座標に移動するように、各関節部３１、３２、３３、３４’３４を制御する位置制御信号を各関節部３１、３２、３３、３４’３４に送り、無影灯装置照射部３０及び各関節部３１、３２、３３、３４’３４を最適可動範囲内（患者Ｍにぶつからず、かつ、無影灯装置照射部３０が正中線上を移動する範囲）で移動させ（ステップＳ１０）、この後ステップＳ５の処理に戻る。
【００７７】
（１０）以上により無影灯装置照射部３０の最適補正照射位置座標に対する位置合わせが完了となる。
【００７８】
（１１）ライト制御部４０が照射制御信号を無影灯装置照射部３０に送り無影灯光源が点灯する（ステップＳ７）。
【００７９】
（１２）患者Ｍに対する診療開始となる（ステップＳ８）。
【００８０】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。
【００８１】
（１）無影灯装置照射部３０が患者口腔位置に的確に照射できる位置に位置した後、無影灯装置照射部３０又は近傍に設置したカメラ７によって患者口腔画像を取得する。
【００８２】
（２）患者Ｍの口腔開閉を認識するために、該カメラ７からの取得画像をパターンマッチング法を用いて識別する。このパターンマッチングの場合、画像中の口腔位置が把握できたことを利用し、予め登録してある口腔開閉のモデルパターン（開いた口テンプレートと閉じた口テンプレートの２つを用意する）を用いて、取り込んだ画像にパターンマッチングをかけ、最もマッチング値の高いモデルパターンとの組み合わせを選択することにより、取り込んだ画像の患者口腔開閉を認識することが可能となる。口テンプレートはソフトウェアにデータとしてインプットしておく（設計時に多数の口腔開閉データを取得して口テンプレートを決定しておく）。
【００８３】
（３）患者Ｍが口腔を開けたと画像認識部６０が認識した場合、無影灯装置照射部３０の無影灯光源を点灯させるように画像認識部がライト制御部４０へ伝達信号を送り、ライト制御部４０が無影灯装置照射部３０に照射制御信号を送り、無影灯光源を点灯させる。
【００８４】
患者が口腔を閉じた（又は閉じている）と画像認識部６０が認識した場合、無影灯装置照射部３０の無影灯光源を消灯させるよう画像認識部６０がライト制御部４０へ伝達信号を送り、ライト制御部４０が無影灯装置照射部３０に照射制御信号を送り、無影灯光源を消灯させる。尚、無影灯光源の点灯及び消灯は手動（スイッチやタッチレスセンサー等）で行うことも可能である。
【００８５】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４について説明する。患者Ｍの治療部位の相違、即ち、上顎治療又は下顎治療によって、枕１５の傾斜角度を変化させ、治療を行う場合がある。そのため、枕位置（傾斜角度）の変化に伴い、無影灯装置照射部３０の照射角度を変化させる必要がある。そこで、本実施の形態４においては、枕１５の傾倒機構部に角度センサーを備え、枕１５の傾斜角度により、無影灯装置照射部３０の最適照射角度判断を行う。
【００８６】
（１）まず、患者Ｍの上顎治療又は下顎治療を行う際、枕１５を起倒させ治療を行うが、術者によって起倒角度が違う可能性があるため、個々の術者が上顎治療、下顎治療を行う際の各々の枕ポジションを設定しておく。
【００８７】
（２）上顎治療を行う場合、枕１５が寝た状態（例えば図３：（診療位置１）のように枕１５が背板１４より後方へ２０度倒れている状態）の場合は、チェア制御部５０が把握した枕位置に対する無影灯装置照射部３０の最適照射位置座標（及び向き）を、ライト制御部が３次元座標として算出する。この際、無影灯装置照射部３０の最適照射位置座標は枕平面と垂直方向に無影灯装置照射部３０が位置し、かつ、無影灯光源（ランプ）と枕平面との距離が９００ｍｍに配置される座標を算出する。
【００８８】
（３）無影灯装置照射部３０が最適照射位置座標に来るように、無影灯装置１０の各関節部３１、３２、３３、３４’３４の最適座標をライト制御部４０が算出する。
【００８９】
（４）最適照射位置座標まで無影灯装置照射部３０が移動するように無影灯装置の各関節部３１、３２、３３、３４’３４へライト制御部４０が位置制御信号を送る。この時、無影灯装置照射部３０及び各関節部３１、３２、３３、３４’３４は最適可動範囲内（患者Ｍにぶつからず、かつ、無影灯装置照射部３０が正中線上を移動する範囲）で移動する。
【００９０】
（５）次に実施の形態２の方法と同様に、無影灯装置照射部３０又は近傍に設置されているカメラ７からの画像信号を画像認識部６０において、２次元座標でのパターンマッチング及び／又は色情報抽出処理を用いて患者Ｍの顔位置を正確に認識し、口腔位置を把握する。
【００９１】
（６）照射中心に口腔位置がない（患者口腔位置と無影灯装置照射部３０の照射中心が一致していない：図２参照）と判断した場合は、画像認識部６０で把握された口腔位置の画像中の座標から、無影灯装置照射部３０の照射中心と口腔位置との実際のズレを把握し（例えば、図２においては無影灯装置照射部３０の角度のズレが把握できる）、把握された口腔位置の画像中の座標から、無影灯装置照射部３０の実際の方向と補正距離を画像認識部６０が算出する。
【００９２】
（７）無影灯装置照射部３０の補正位置座標に無影灯装置照射部３０が位置するように無影灯装置１０の各関節部３１、３２、３３、３４’３４の最適補正座標を画像認識部６０が算出する。
【００９３】
（８）算出された補正値をライト制御部４０に送る。
【００９４】
（９）ライト制御部４０が補正値にあわせて無影灯装置照射部３０が移動するよう、位置制御信号を各関節部３１、３２、３３、３４’３４に送り、無影灯装置照射部３０及び各関節部３１、３２、３３、３４’３４を最適可動範囲内（患者Ｍにぶつからず、かつ、無影灯装置照射部３０が正中線上を移動する範囲）で移動させる。
【００９５】
（１０）患者Ｍの下顎治療を行う場合、枕１５が起きている状態（例えば図２のように背板１４と一直線上に枕１５が位置している状態）の時も、上述した（２）〜（８）と同様の方法で無影灯装置照射部３０及び各関節部３１、３２、３３、３４’３４を最適照射位置に移動させることが可能である。
【００９６】
尚、患者Ｍの上顎治療又は下顎治療に応じて、前記枕１５の傾斜角度を変化させ治療を行う場合、無影灯装置照射部３０に設置したカメラ７と図示しないが壁等に設置した別のカメラとの双方の取得画像を利用して、実施の形態２の方法だけで前記無影灯装置照射部３０を最適照射位置に的確に移動させるように構成することは可能である。
【００９７】
また、図示しないが、壁に設置した別のカメラがあれば、このカメラからの取得画像からだけでも口腔開閉によって無影灯装置照射部３０の照射角度を変化させるように構成することも可能である。
【００９８】
尚、上述した実施の形態１では、チェア制御部５０でチェア２の昇降、寝起位置の値を把握し、ライト制御部４０でその値から枕位置を計算し、枕位置に合わせた無影灯装置照射部３０の位置を計算し、その位置に移動するための各関節部への指令を行うように構成しているが、これらは設計の仕方次第で種々の変更が可能である。
【００９９】
【発明の効果】
本発明によれば、無影灯装置照射部、各関節部と、患者との接触を回避しつつ自動で無影灯装置照射部及び各関節部を最適照射位置である患者の口腔位置に導くことができ、また、診療を行う術者にとっても診療上の汚染防止を図れる無影灯自動位置補正点灯システムを提供できる。
【０１００】
また、本発明によれば、無影灯装置照射部を的確に口腔位置へ向けて自動位置合わせすることができ、術者の作業負担を軽減することが可能な無影灯自動位置補正点灯システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１乃至４の歯科用ユニット及び無影灯装置の側面図である。
【図２】本発明の実施の形態１乃至４の歯科用ユニット及び無影灯装置の正面図である。
【図３】本発明の実施の形態１乃至４の歯科用ユニット及び無影灯装置の正面図である。
【図４】本発明の実施の形態１乃至４の歯科用ユニット及び無影灯装置の平面図である。
【図５】本発明の実施の形態１乃至４の歯科用ユニット及び無影灯装置の制御系を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態１乃至４の無影灯装置のＸ−Ｚ平面における照射位置座標、関節部位置座標検出を行う場合の座標を示す説明図である。
【図７】本発明の実施の形態１乃至４の無影灯装置の無影灯光源と枕の位置座標を示す説明図である。
【図８】本発明の実施の形態１乃至４の無影灯装置のＹ−Ｘ平面における照射位置座標、関節部位置座標、照射角度の関係を示す説明図である。
【図９】本発明の実施の形態１、２の診療開始時から終了までの処理を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態２の口腔位置の把握の処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 歯科用ユニット
２ チェア
３ スピットン部
４ 無影灯装置支持部
５ 取り付け具
６ 画像モニタ
７ カメラ
１０ 無影灯装置
１１ ユニットベース
１２ チェア台
１３ シート
１４ 背板
１５ 枕
１６ フットレスト
２０ ポール
２１ 第１アーム
２２ 第２アーム
２３ 第３アーム
２４ 第４アーム
２５ 回動支持具
３０ 無影灯装置照射部
３１、３２、３３、３４’３４ 関節部
４０ ライト制御部
５０ チェア制御部
６０ 画像認識部
Ｍ 患者
Claims (2)
- 被照射体である患者に光を照射する無影灯装置照射部を支持する複数の支持部材の各関節部に駆動手段及び各関節部の位置検出を行える無影灯関節部位置検出センサを備えた無影灯装置に適用される無影灯自動位置補正点灯システムであって、
被照射体用のチェアの昇降、寝起位置を把握するチェア制御部と、
前記無影灯装置又はその近傍に設置した１つ又は複数のカメラと、
該カメラからの画像信号を基に被照射体の口腔位置を認識する画像認識部と、
前記無影灯関節部位置検出センサからの位置情報及びチェア制御部からのチェア位置情報と、前記画像認識部により認識した被照射体の口腔位置の情報とにより、認識した被照射体の口腔位置に光が照射されるよう前記無影灯装置照射部及び各関節部を制御し、自動で位置合わせ及び光照射を行うライト制御部と、
を有することを特徴とする無影灯自動位置補正点灯システム。 - 前記画像認識部において、被照射体である患者の口腔開閉を前記カメラから取得した画像と既登録のサンプル画像との比較による口腔開閉の類似度の高低で認識し、前記ライト制御部により無影灯装置照射部に備えた無影灯の点灯、消灯を自動制御することを特徴とする請求項１記載の無影灯自動位置補正点灯システム。
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