JP5352468B2 - 表示ユニットの目視者依存的な位置決め及び位置合わせのための支持システム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、表示ユニット、好ましくはモニタを目視者の位置に応じて自動的に位置決め及び位置合わせする支持システム及び方法に関する。特に、本発明は、歯科医によって有益に用いられ得るこのようなシステム及び方法に関する。

通常の目視検査に加えて、歯科医又は歯科医師は、患者の歯領域を診察して適切な治療を行うのを補助するために、カメラ及びモニタ等の撮像装置を用いることが多くなってきている。すなわち、多くの場合、歯科診察台に普通に座っている患者の歯領域は、患者の片側に座っている歯科医によって直接的に、且つ患者の上方の或る位置に位置付けられて患者の歯領域に向けられていることが多いカメラによって「間接的に」視診される。カメラによって取得される画像は、歯科医が見ることができるように適切に位置決めされているモニタに表示される。しかしながら、従来、モニタの位置は、固定されているか又は歯科医が手動調整しなければならない。換言すれば、手動調整しなければ、特定の位置でしか歯科医の真正面にモニタが見えない。この最適位置から角度がずれた他の位置では、歯科医はモニタを斜めから見ていることになる。しかしながら、モニタの位置を手動調整することができるとしても、このような手間は歯科医の作業の妨げとなるため、歯科医が自由に動き回って適切な治療を確実に行う能力が制限されてしまう。

本発明の目的は、従来のシステムに関連する問題を克服するか又は少なくとも軽減するようなシステムを提供することである。

この目的は、本発明の請求項１に記載の支持システムによって達成される。

歯科医の作業環境の状況では、本発明による支持システムを用いて、歯科医の位置に関係なく、（ｉ）モニタが患者の歯領域の方向に向いている歯科医の視線に沿って位置決めされ、（ｉｉ）モニタから歯科医までの距離が一定であり、且つ（ｉｉｉ）モニタが患者の歯領域の方向に向いている歯科医の視線に対して直角であるように、支持システムに取り付けられるモニタの位置を自動的に調整及び位置合わせすることが可能である。

さらなる好適で有益な実施形態は、従属請求項に記載されている。

本発明の好適な実施形態による支持システムの平面図を概略的に示す。 歯科医の直視による対象物の見え方と本発明による支持システムのモニタに表示されている画像との対応を概略的に示す。 本発明のさらなる態様を概略的に示す。

本発明による支持システム１０の第１の好適な実施形態を図１に示す。図示のように、支持システム１０は、ベース１２とベース１２から上方に延びている中央支持柱１４とを備え、ベース１２はさらに、床に取り付け固定され得る。代替的に、ベース１２が必要とならないように、支持システム１０の中央支持柱１４が同様に壁又は天井に取り付け固定されてもよい。さらに、本発明による支持システム１０を所望の場所に移動させることができるように、支持システム１０の中央支持柱１４が可動ベースに載っていてもよい。

支持システム１０の第１のアーム１６の近位端が、中央支持柱１４に回転可能に接続されてそこから延びている。第１のアーム１６の他端すなわち遠位端は、モニタ２０に枢動接続（pivotally connected）されている。モニタ２０は、第１のアーム１６とモニタ２０への垂線との間の角度を変えることができるようにモニタ２０を枢動させることができるように、第１のアーム１６の遠位端に取着されている。さらに、より詳細にさらに後述するように、第１のアーム１６の長さＬは、支持システム１０の一部であり好ましくは支持システム１０に一体化されている適当な制御手段（図示せず）によって調整することができる。

好ましくは、支持システム１０は、同じく支持システム１０の中央支持柱１４から延びている第２のアーム１８をさらに備える。第２のアーム１８のうち支持システム１０の中央支持柱１４の遠位側にある端には、カメラ５０が取り付けられている。好ましくは、第２のアーム１８の長さも制御手段によって調整することができる。当業者には理解されるように、第１のアーム１６及び第２のアーム１８は、これらの２つのアームを互いに干渉させずに支持システム１０の中央支持柱１４の回りを自由に回転させることができるように、支持システム１０の中央支持柱１４に接続されるべきである。例えば、これは、第１のアーム１６及び第２のアーム１８を支持システム１０の中央支持柱１４に異なる高さで接続することによって容易に達成することができる。好ましくは、第１のアーム１６及び第２のアーム１８は、高さを調整可能である。第２のアーム１８の遠位端に取り付けられているカメラ５０は、撮像すべき領域、好ましくは患者３０の歯領域に向いており、取得された画像がモニタ２０に表示される。適当な支持システム１０及びその構成部品を支持棒又はテレスコープアーム等の様々な要素、これらの要素を接続するヒンジ接続部等から作ることができることが、当業者にはさらに理解されるであろう。したがって、これらの要素の細部は本明細書ではこれ以上詳細に説明しない。

図１を再び参照すると、患者３０が歯科診察台に座って／横たわっており、説明のために、原点すなわち基準位置を患者３０の歯領域と一致させてｘ軸を歯科診察台の対称軸と一致させた２次元水平座標系を定義している。ｙ軸は、水平面内でｘ軸に対して垂直である。このように定義された座標系に関して、本発明による支持システム１０のベース１２の中心、ひいては中央支持柱１４は、座標ｘ＝Ａ及びｙ＝Ｂに位置付けられる。歯科医４０は、図１に示すように、対象領域すなわち患者３０の歯領域の方向への歯科医の視線がｘ軸と角度α（アルファ）を定義するように原点から患者の右方の水平距離Ｒ１に位置付けられ、角度αは、本明細書中以下では歯科医４０の「角度位置」とも呼ばれる。本発明によれば、この視線の延長線は、さらに別の水平距離Ｒ２の後で患者３０の左方に無制限に（in a non delimiting manner）位置付けられるモニタ２０に「ぶつかる」。本発明による支持システム１０により、歯科医４０には、自身の位置に関係なく常に一定の水平距離Ｒ１＋Ｒ２で真正面にモニタ２０が見えるようになる。本発明によれば、これは、歯科医４０の位置に応じたモニタ２０の位置の適切な自動調整及び位置決めによって達成される。上述のように、本発明による支持システム１０は、後述するような方法でモニタ２０を自動的に調整及び位置決めするように配置及び構成される制御手段を備える。

本発明によれば、モニタ２０を中央支持柱１４と接続している支持システム１０の第１のアーム１６の長さＬは、以下の式：

（式１）

のように、歯科医４０の角度位置αの関数として支持システム１０の制御手段によって調整され得る。

固定のＡ、Ｂ（すなわち、患者３０に対する支持システム１０のベース１２及び中央支持柱１４の固定位置）及びＲ２に関するこの式から分かり得るように、第１のアーム１６の長さＬは、歯科医４０の角度位置αのみに応じて決まる。

しかしながら、歯科医の位置が変わる場合、第１のアーム１６の長さＬだけでなく、図１に示すように、あと２つの量、すなわち支持システム１０の第１のアーム１６とベース１２の中心を通るｙ軸に対する平行線とによって定義される角度β（ベータ）、及び支持システム１０の第１のアーム１６とモニタ２０の表面への垂線とによって定義される角度γ（ガンマ）も調整しなければならない。歯科医４０の位置は、Ｒ１が増減するように患者３０に対し離接させることによって、所与の角度位置αで変わることもあり得る。好適な実施形態によれば、固定の角度位置αでの歯科医４０の位置のこのような変化は、モニタ２０の位置決め及び位置合わせに影響を及ぼさないが、本発明による支持システム及びその制御手段を、歯科医４０からモニタ２０までの距離すなわちＲ１＋Ｒ２が一定のままであるようにモニタ２０の位置及び位置合わせを調整するように構成することもできることが、当業者には理解されるであろう。

本発明によれば、第１のアーム１６とベース１２の中心を通るｙ軸に対する平行線との間の角度βは、以下の式：

（式２）

のように、歯科医４０の角度位置αの関数として支持システム１０の制御手段によって調整される。

第１のアーム１６とモニタ２０の表面への垂線との間の角度γの調整は、以下の式：

（式３）

に従って、支持システム１０の制御手段によって行われる。

当業者には理解されるように、本発明による支持システム１０の制御手段による上記のような第１のアーム１６の長さＬ並びに角度β及びγの調整により、歯科医４０の位置に関係なく、（ｉ）モニタ２０が患者３０の歯領域の方向に向いている歯科医４０の視線に沿って位置決めされ、（ｉｉ）モニタ２０から歯科医４０までの距離Ｒ１＋Ｒ２が一定であり、且つ（ｉｉｉ）モニタ２０が患者３０の歯領域の方向に向いている歯科医４０の視線に対して直角であることが確実となる。

目視者４０の位置に応じた第１のアーム１６の長さＬの「機械的」調整の代わりに、Ｌを一定に保つこともでき、本発明による支持システム１０の制御手段を、目視者４０の位置に関係なくモニタ２０に表示される画像のサイズと目視者４０からモニタ２０までの距離との比が一定に保たれるように画像のサイズを調整するように構成してもよい。換言すれば、目視者４０からモニタ２０までの距離が短くなるほど、モニタ２０に表示される画像のサイズも小さくなるべきであり、またその反対でもある。このために、目視者４０の位置に関係なく画像内の特徴が常に同じサイズで現れるように目視者４０の位置に対して画像サイズを調整するために、制御システムにおいて適当な構成のソフトウェアアルゴリズムが実施され得る。第１のアーム１６の長さＬが一定に保たれる場合でも、目視者４０の位置に対するモニタ２０の位置及び位置合わせすなわち角度β及びγを計算するために上記式２及び式３が依然として用いられ得ることが、当業者には理解されるであろう。

図１は、モニタ２０及びカメラ５０を１つずつしか示していないが、本発明による支持システム１０は、２つ以上の表示ユニット及び２つ以上の撮像ユニットを支持することができる。例えば、本発明による支持システム１０は、従来型モニタ及び立体モニタ、並びに従来型カメラ又は顕微鏡及びステレオカメラ又は顕微鏡を支持するように構成されてもよい。これらのユニットは、本発明による支持システム１０の各アームによってそれぞれが支持され得る。代替的に、本発明による支持システム１０は、一方の側が従来型モニタで他方の側が立体モニタとして構成されている表示ユニットを単一のアームによって支持してもよい。このような場合、歯科医は、従来型モニタから立体モニタへ、また立体モニタから従来型モニタへ変えるために、表示ユニットを１８０度回転させるだけでよいことになる。

図１に示すような第１のアーム１６は、支持システム１０の中央支持柱１４の回りを角度を回転させることができる単一のテレスコープアームとして構成され、その長さＬは、伸縮によって調整することができる。しかしながら、第１のアーム１６を固定長の２つのヒンジ接続されている棒によって提供することもできることが、当業者には理解されるであろう。さらに、カウンタウェイト、流体タンク等を用いて本発明による支持システム１０を安定化するために適当な安定化手段が必要であり得ることが、当業者には理解されるであろう。

好ましくは、歯科医４０の位置は、当該技術分野で既知の位置検出手段又は位置検出器（図示せず）によって監視される。このような位置検出手段は、上記のように第１のアーム１６の長さＬ、角度β、及び角度γを求めるため、並びにそれに従ってモニタ２０を調整及び位置決めするために、本発明による支持システム１０の制御手段に必要な情報すなわち歯科医の角度位置αを提供する。したがって、好ましくは、本発明による支持システム１０のモニタ２０の調整及び位置決めは、制御手段によって全自動で行われる。好ましくは、支持システム１０の制御手段による歯科医４０の位置の判定及びそれに続くモニタ２０の位置の調整は、毎秒等の特定の間隔で行われる。

位置検出手段を用いない代替的な実施形態では、歯科医４０自身によって提供される情報を用いて、支持システム１０の制御手段に歯科医の角度位置が提供され得る。例えば、歯科医４０は、「１０時」（６０度の角度αに対応する）等の音声コマンドを出すことができ、これに従って、支持システム１０の制御手段に上記（式１〜式３）のように第１のアーム１６の長さＬ並びに角度β及びγを調整させる。音声コマンドの代わりに、歯科医４０が本発明による支持システム１０の制御手段に接続されるキーパッド、チューニングノブ等を用いて自身の角度位置に関する情報を提供することもあり得ることが、当業者には理解されるであろう。歯科医が自身の角度位置を自ら判定してそれを制御手段に提供するのを補助するために、例えば、０度、３０度、６０度、及び９０度の角度位置αに対応して「１２時」、「１１時」、「１０時」、「９時」等と記した線等の適当な細長い印が歯科診察台を支持する床に設けられることが想定される（「Ｋａｌｔｅｎｂａｃｈ Ｃｉｒｃｌｅ」としても知られている構造）。

本発明によるモニタ２０の上述の位置決め及び位置合わせを用いて、すでに上述したように、（ｉ）モニタ２０が患者３０の歯領域の方向に向いている歯科医４０の視線に沿って位置決めされ、（ｉｉ）モニタ２０から歯科医４０までの距離が一定であり、且つ（ｉｉｉ）モニタ２０が患者３０の歯領域の方向に向いている歯科医４０の視線に対して直角に配置されることを確実にすることが可能である。モニタ２０の位置決め及び位置合わせが本発明による支持システム１０の制御手段によって達成されると、本発明のさらなる好適な態様による上記制御手段が、モニタに表示される画像の角度向きの調整を可能にする。

本発明のこのさらなる態様は、以下の概念に基づいている。大抵の場合のように、図１に示すようにカメラ５０が歯科診察台の対称軸又は長手方向軸に沿って位置決めされる場合、カメラ５０は、患者３０の歯領域の特定部分を撮像して、患者の歯領域の上側部分がモニタ２０の上側部分に、すなわち「垂直向き」で表示されるようにモニタ２０に画像を表示することになる。このとき、歯科医が例えば９０度に等しいαの角度位置に位置決めされている場合、モニタ２０は、図１においてｙ軸に沿って患者３０の歯領域から距離Ｒ２に、且つ歯科医４０から距離Ｒ１＋Ｒ２に位置決めされることになる。歯科医４０は、この構成で患者の歯領域を「直接」見る場合、患者の歯領域の上側部分が自身の視野の左側にあり下側部分が自身の視野の右側にある、すなわち「垂直」向きではなく「水平」向きにあるように、患者の歯領域を認識することになる。さらに、例えば歯科用器具を持った歯科医の手の動きが、カメラの視野内で例えば正のｙ軸方向に生じた場合、これは左から右への対応の動きとしてモニタに表示されることになる。当業者には理解されるように、患者３０の歯領域の「直」視とカメラ５０及びモニタ２０を介した「間接」視とがこのように異なる向きになることは、特に歯科医４０が治療中にこれらの２つの見方を切り替えなければならないときに、歯科医にとって紛らわしく治療の成功に悪影響を及ぼすかもしれない。

したがって、支持システム１０の制御手段はさらに、モニタ２０に表示される見え方が患者３０の歯領域の歯科医の直視に対応するように、モニタ２０に表示すべき画像の角度向きを調整するようになっていることが好ましい。好適な実施形態によれば、これは、本発明による支持システム１０の制御手段において実施される適当な構成のソフトウェアアルゴリズムを用いて達成される。カメラ５０によって取得されて制御手段に転送される画像は、このソフトウェアアルゴリズムを用いて歯科医４０の角度位置αに従って処理され、処理された画像は、モニタ２０に表示される。当業者には理解されるように、ソフトウェアアルゴリズムは、本質的に、回転角が１８０度−αで与えられる画像回転アルゴリズムによって提供され得る。代替的な実施形態では、表示すべき画像の角度向きの調整は、本発明による支持システムの制御手段を用いてカメラ５０をその長手方向軸の回りを機械的に回転させることによって達成される。

図２は、歯科医４０の３つの異なる角度位置、すなわちα＝０度、４５度、及び９０度での、歯科医４０の「直」視（上段の画像）と、カメラ５０を回転させずに取得される画像（中段の画像）と、カメラ５０を回転させて取得されるか又は本発明による制御手段において実施される画像回転ソフトウェアアルゴリズムによって提供される画像（下段の画像）との関係を概略的に示す。図２の下段に示す画像はまた、本発明に従ってモニタ２０に実際に表示されるものをかなり概略的に示しており、図２の上段に示す歯科医の「直」視に対応している。

本発明のさらなる態様は、撮像すべき患者３０の歯領域へのカメラ５０の自動「ロックイン」機構を提供する。このために、患者３０の歯領域には、患者３０の口の右端及び左端に配置される２つのマーカ等の位置特定手段（locations means）が設けられる。支持システム１０の制御手段は、カメラ５０によって提供される画像においてこれらのマーカの位置を特定するように構成され、２つのマーカがカメラ５０の視野の右端及び左端に位置付けられるように距離及び／又は焦点を調整するために対応するフィードバックをカメラ５０に提供する。

支持システム１０の第２のアーム１８の、ひいてはその遠位端に接続されているカメラ５０の手動調整の数をできる限り減らすために、本発明のさらなる態様は、２次元位置決めビームを用いたカメラ５０の自動調整及び特に自動焦点合わせを提供する。図３ａ、図３ｂ、及び図３ｃに概略的に示すように、カメラ５０は、２つの２次元光ビーム又は位置決めビーム、例えば矩形光ビーム又は位置決めビームを、撮像すべき領域、すなわち患者３０の歯領域に投射する。撮像すべき領域の適当な照射を用いてカメラの現在の視野を示すためには、単一の２次元位置決めビームで十分であろう。しかしながら、好ましくは、第２の２次元位置決めビームが撮像すべき領域に投射される。異なるハッチング角度を用いて概略的に示されているように、２つの２次元位置決めビームは、中間色、黄色、及び青色等の異なる色を有することが好ましい。２つの２次元位置決めビームが重なり合う領域は、緑色等の異なる色で現れることになる。２つの２次元位置決めビームが完全に重なり合わない限り、すなわち異なる色が存在する限り、カメラ５０から撮像すべき領域までの距離及び／又はカメラ５０の内部光学系（internal optics）が手動又は自動で調整される。図３ｃに示すように、１色しか存在しなくなれば、すなわち２つのビームが完全に重なり合えば、カメラ５０の焦点が合っている。この場合、２つの位置決めビームによって照射されている場所は、焦点が合っているカメラ５０の視野に対応する。好ましくは、カメラ５０は、カメラ５０の視野のみが照射されるようにカメラ５０を調整するためのその内部照明の調整を可能にする。

説明した特定の装置、使用、及び方法は変わり得るため、詳細に上述した本発明はこれらに限定されない。本明細書で用いられている用語は、特定の実施形態を説明するためのものにすぎず、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される本発明の範囲を限定する意図はないことも理解されたい。別段の定義が無い限り、本明細書で用いられている技術用語及び科学用語は全て、当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。

特に、図示されている空間的な向き、すなわち歯科医が患者の右に位置付けられて支持システムが本質的に患者の左に位置付けられている状態は、例示を目的として選択されているにすぎず、決して添付の特許請求の範囲によって定義される保護範囲を限定するものと解釈すべきではないことが、当業者には理解されるであろう。

本明細書及び添付の特許請求の範囲の全体を通して、文脈上別段の要求がない限り、「備える」という用語及びその変形（variations such as"comprises" and "comprising"）は、１つの規定の整数若しくはステップ又は一群の整数若しくはステップの包括を示すのであって、他の整数若しくはステップ又は一群の整数若しくはステップの除外を示すのではないと理解されたい。

本明細書の本文中では、いくつかの文献が引用されている。本明細書で引用されている文献（全ての特許、特許明細書、科学出版物、製造者の仕様書、取扱説明書等を含む）はそれぞれ、上記又は下記を問わず、その全体が参照によって本明細書に援用される。本発明が先発明を理由としてこうした開示に先行する権利がないことを認めるものとは解釈されない。

Claims (16)

1. モニタ（２０）の目視者依存的な位置決め及び位置合わせのための支持システム（１０）であって、
   中央支持柱（１４）と、
   調整可能な長さＬを有し、近位端が前記中央支持柱（１４）に回転可能に接続され、遠位端が前記モニタ（２０）に枢動接続される、第１のアーム（１６）と、
   基準位置を定める対象物の画像データを前記モニタ（２０）に提供するカメラ（５０）に遠位端が接続される、第２のアーム（１８）と、
   前記目視者（４０）の位置に関係なく、前記モニタ（２０）が前記基準位置の方を向いている前記目視者（４０）の視線に沿って位置決めされ、前記モニタ（２０）から前記目視者（４０）までの距離が一定に保たれ、且つ前記モニタ（２０）が前記基準位置の方に向いている前記目視者（４０）の視線に対して直角であるように、前記モニタ（２０）を位置決め及び位置合わせする制御手段と、
   前記目視者（４０）の角度位置に応じて前記モニタ（２０）によって表示される画像の角度向きを調整する手段と、
   を備える、支持システム。
2. 前記制御手段は、以下のように、前記目視者（４０）の角度位置αの関数として前記第１のアーム（１６）の前記長さＬを調整するように構成され、
   

   

   式中、Ｒ２は、前記基準位置から前記モニタ（２０）までの水平距離であり、Ａは、ｘ軸に投影される前記基準位置から前記中央支持柱（１４）までの水平距離であり、Ｂは、ｙ軸に投影される前記基準位置から前記中央支持柱（１４）までの水平距離であり、
   前記ｘ軸は、前記基準位置と前記カメラ（５０）とをつなぐ水平線によって定義され、前記ｙ軸は、前記ｘ軸と垂直関係で水平に配置される、請求項１に記載の支持システム。
3. 前記制御手段は、以下の式：
   

   

   のように、前記目視者（４０）の前記角度位置αの関数として、前記第１のアーム（１６）と前記中央支持柱（１４）の中心を通る前記ｙ軸に対する平行線との間に定義される角度βを調整するように構成される、請求項２に記載の支持システム。
4. 前記制御手段は、以下の式：
   

   

   のように、前記目視者（４０）の前記角度位置αの関数として、前記第１のアーム（１６）と前記モニタ（２０）の表面への垂線との間に定義される角度γを調整するように構成される、請求項２に記載の支持システム。
5. 前記中央支持柱（１４）は、ベース（１２）に取り付け固定されるか、又は壁若しくは天井に取り付け固定されるように構成される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の支持システム。
6. 前記第１のアーム（１６）はテレスコープアームである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の支持システム。
7. 前記第１のアーム（１６）は、固定長の２つのヒンジ接続されている棒を備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の支持システム。
8. 安定化手段をさらに備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の支持システム。
9. 前記目視者（４０）の前記角度位置を監視して該角度位置を前記制御手段に伝送する位置検出手段をさらに備える、請求項１〜８のいずれか１項に記載の支持システム。
10. 前記目視者（４０）の前記角度位置は、音声コマンド、キーパッド、及び／又はチューニングノブを用いて入力されて前記制御手段に伝送され得る、請求項１〜９のいずれか１項に記載の支持システム。
11. 前記モニタ（２０）によって表示される画像の前記角度向きは、前記制御手段によって行われる画像回転を用いて調整される、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の支持システム。
12. 前記モニタ（２０）によって表示される画像の前記角度向きは、前記カメラ（５０）によって行われる回転を用いて調整される、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の支持システム。
13. 前記制御手段は、前記カメラ（５０）の視野が患者（３０）の歯領域に対応するように該カメラを調整するように構成され、
    モニタ（２０）に表示される視野が、患者（３０）の歯の領域についての歯科医師の直接の視野に対応するように、モニタ上に表示される画像の角度の向きを調整され、モニタに表示された画像が、歯科医師の動きに従って変化する、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の支持システム。
14. 前記カメラ（５０）は、該カメラ（５０）の視野に対応する２つの２次元位置決めビームを異なる中間色（additive colors）で撮像すべき領域に投射し、前記２つの２次元位置決めビームが完全に重なり合っている場合に焦点が合っている、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の支持システム。
15. 前記カメラ（５０）は、該カメラ（５０）の視野のみを照射するように配置及び構成される内部照明手段を備える、請求項１に記載の支持システム。
16. 前記目視者（４０）の位置に応じて前記モニタ（２０）を位置決め及び位置合わせするステップを含む、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の支持システムを操作する方法。

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