JP2003036704A

JP2003036704A - 照明装置

Info

Publication number: JP2003036704A
Application number: JP2001223279A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiko Yamada; 光彦山田
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-07-24
Filing date: 2001-07-24
Publication date: 2003-02-07

Abstract

(57)【要約】【課題】使用者の頭部に装着されて照明光を出射する
照明装置により、照明すべき領域を適切に照明する。【解決手段】使用者の頭部に装着されるヘッドマウン
ト部に照明光発生装置３１からの光を導いて照明光を出
射する出射部１２を設け、照明光の方向をリニアモータ
１２３ａ，１２３ｂにより変更可能とする。出射部１２
にはカメラ１３が取り付けられ、照明対象の画像が取得
される。照明制御部２０では取得された画像と予め取得
された参照画像とに基づいてこれらの画像間のずれ量が
ずれ量算出部２４により求められる。そして、制御信号
生成部２５がずれ量から制御信号を生成し、リニアモー
タ１２３ａ，１２３ｂを制御する。これにより、使用者
の頭部の向きにかかわらず、照明すべき領域を適切に照
明することが実現される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、使用者に装着され
る照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】医療における手術では、従来より、手術
部位に影を生じさせることなく照明を行うために多数の
ランプが組み込まれたいわゆる無影灯が用いられてい
る。無影灯は大掛かりな照明装置であるため、通常、手
術室の天井からつり下げられる。したがって、手術室は
このような重量物を取り付けることができる専用の構造
とされ、さらに無影灯が発する熱を除去するための冷却
システムが備えられる。その結果、手術室を設けるに際
して莫大な費用が必要となる。その上、無影灯では照明
光の方向の範囲が限定されるため、患者を側方から照明
するには別途照明装置を配置することが必要となる。

【０００３】一方で、無影灯の様々な問題を克服しつつ
確実に手術部位に照明を行うために、術者の頭部から手
術部位に向けて照明光を照射する技術も考えられてい
る。例えば、光源からの光を光ファイバを用いて伝送
し、術者の頭部に取り付けられたヘッドマウント型の出
射部から出射するという技術が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、術者の頭部
から手術部位へ照明を行う場合、照明光の方向は術者の
頭部の向きに拘束されるため、術者が頭部を僅かに動か
すだけで照明領域の位置が変化してしまうという問題が
生じる。その結果、術者の頭部に取り付けられた出射部
の向きを補助者に変更してもらうか、または、術者が無
理な姿勢で手術を続けることが必要となる。

【０００５】なお、このような問題は医療に限定される
ものではなく、細かな作業等を行う際に使用者に装着さ
れる照明装置の共通の課題である。

【０００６】本発明は、上記課題に鑑みなされたもので
あり、使用者に装着される照明装置を用いる際に、使用
者の動きの影響を抑えつつ適切に照明対象を照明するこ
とを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、使用者に装着される照明装置であって、照明対象を
撮像することにより２次元画像のデータを取得する撮像
手段と、前記照明対象に向けて照明光を出射する照明手
段と、前記照明光の方向を変更する照明方向変更手段
と、前記撮像手段により取得された画像のデータに基づ
いて前記照明方向変更手段に制御信号を与える制御手段
とを備え、前記制御手段が、前記照明対象上の照明すべ
き領域を含む参照画像のデータを記憶する記憶手段と、
前記参照画像のデータと前記撮像手段により取得された
画像のデータとに基づいて、前記参照画像と前記取得さ
れた画像との間のずれ量を求めるずれ量算出手段と、前
記照明手段に前記照明すべき領域を照明させる制御信号
を前記ずれ量に基づいて生成する制御信号生成手段とを
有する。

【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の照明装置であって、前記制御手段が、前記参照画像、
前記取得された画像および前記ずれ量に基づいて前記参
照画像を拡張する参照画像拡張手段をさらに有する。

【０００９】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載の照明装置であって、前記ずれ量算出手段が、
前記参照画像から生成されるエッジ画像と前記取得され
た画像から生成されるエッジ画像とに基づいて前記ずれ
量を求める。

【００１０】請求項４に記載の発明は、請求項１ないし
３のいずれかに記載の照明装置であって、前記ずれ量算
出手段が、前記参照画像中の上部および／または下部の
領域を他の領域よりも高い度合いで参照して前記ずれ量
を求める。

【００１１】請求項５に記載の発明は、請求項１ないし
４のいずれかに記載の照明装置であって、前記ずれ量算
出手段が、前記参照画像と前記取得された画像との間の
ずれ量として、上下方向のずれ量、左右方向のずれ量、
および、回転に関するずれ量を求める。

【００１２】請求項６に記載の発明は、請求項１ないし
５のいずれかに記載の照明装置であって、前記ずれ量算
出手段がずれ量を求めることが可能であるか否かを判定
し、ずれ量を求めることが不能である場合に、前記照明
光が基準方向に向けられる。

【００１３】請求項７に記載の発明は、請求項１ないし
６のいずれかに記載の照明装置であって、前記照明すべ
き領域と前記照明手段との間の距離を測定する測距手段
をさらに備え、前記制御手段が、前記測距手段による測
距結果を利用しつつ前記照明方向変更手段を制御する。

【００１４】請求項８に記載の発明は、請求項７に記載
の照明装置であって、前記照明手段が、複数の照明光を
出射する複数の出射部を有し、前記制御手段が、前記測
距手段による測距結果を利用しつつ前記複数の出射部の
向きを制御する。

【００１５】請求項９に記載の発明は、請求項１ないし
８のいずれかに記載の照明装置であって、前記照明方向
変更手段が電磁石、磁性体および弾性部材を有し、前記
電磁石と前記磁性体との間に生じる磁気的作用に応じて
前記弾性部材が変形することにより、前記照明光の方向
が変更される。

【００１６】請求項１０に記載の発明は、請求項１ない
し９のいずれかに記載の照明装置であって、前記撮像手
段により取得された複数の画像のデータを記録する記録
手段をさらに備える。

【００１７】

【発明の実施の形態】＜１．第１の実施の形態＞図１
は本発明の第１の実施の形態に係る照明装置のヘッドマ
ウント部１０を示す斜視図である。ヘッドマウント部１
０は使用者の頭部に装着される装着バンド１１の前方に
照明光の出射部１２および２次元画像を取得するカメラ
１３を取り付けた構成となっている。なお、以下の説明
において参照される図では、適宜、ＸＹＺ方向を記入し
ている。

【００１８】出射部１２はケーブル１４に接続され、ケ
ーブル１４内には光を伝送する光ファイバが通ってい
る。カメラ１３に対する信号線１３１もケーブル１４内
へと導かれる。ケーブル１４内の光ファイバの他端は光
源を有する照明光生成装置に接続される。

【００１９】図２は出射部１２の内部構造を示す断面図
である。なお、図２では出射部１２のハウジング１２１
に係る部分と反射板１２２とを切断した際の断面図とな
っている。ケーブル１４はハウジング１２１内部にて２
つの制御線１４１と光ファイバ１４２とに分かれ、２つ
の制御線１４１はそれぞれリニアモータ１２３ａ，１２
３ｂに接続される。光ファイバ１４２の端部は反射板１
２２の内面側に露出される。

【００２０】反射板１２２内の光ファイバ１４２の先端
と対向する位置には光を集光させるレンズ１２４が固定
され、反射板１２２は回動機構１２５に取り付けられ
る。回動機構１２５は、Ｘ方向（左右方向）を向く軸お
よびＺ方向（上下方向）を向く軸を中心に反射板１２２
を回動させる機構となっている。以上の構造により、光
ファイバ１４２からの光が直接または反射板１２２にて
反射されレンズ１２４から照明光として出射され、回動
機構１２５により照明光の方向も変更可能とされる。

【００２１】図３は出射部１２を正面から見た様子を示
す図である。回動機構１２５は同心円状の外側リング１
２５１および内側リング１２５２を有し、反射板１２２
は内側リング１２５２に取り付けられる。内側リング１
２５２の外周の上下（±Ｚ側）には回動軸１２５３が取
り付けられ、内側リング１２５２は回動軸１２５３を介
して外側リング１２５１に支持される。外側リング１２
５１の外周の左右（±Ｘ側）にも回動軸１２５４が取り
付けられ、外側リング１２５１は回動軸１２５４を介し
てハウジング１２１に支持される。

【００２２】このような構造により、外側リング１２５
１はハウジング１２１に対してＸ方向を向く軸１２Ａを
中心に回動可能とされ、内側リング１２５２は外側リン
グ１２５１に対してＺ方向を向く軸１２Ｂ（ただし、軸
１２Ｂは外側リング１２５１とともに回動する。）を中
心に回動可能とされる。

【００２３】なお、回動機構１２５は軸状の部材により
回動可能とされるのではなく、例えば、ボール状の部材
が利用されてもよい。また、ゴム等の樹脂製の部材、薄
い金属板、螺旋状のバネ等のように復元力を有する弾性
部材が回動のための部材として利用されてもよい。

【００２４】図４は、図３から回動機構１２５および反
射板１２２に係る構成を取り除いた場合の出射部１２の
様子を示す図である。

【００２５】図２および図４に示すように、ハウジング
１２１の内面の上部にはリニアモータ１２３ａが取り付
けられ、リニアモータ１２３ａの駆動軸１２３１ａは外
側リング１２５１の上部に当接する。一方、ハウジング
１２１の内面の下部にはバネ１２３２ａが設けられ、図
２に示すようにバネ１２３２ａの一端はハウジング１２
１内面に固定され、他端は外側リング１２５１の下部に
当接する。バネ１２３２ａは圧縮コイルバネとなってお
り、外側リング１２５１の下部を前方側（（−Ｙ）側）
に付勢する。

【００２６】また、図４に示すように、ハウジング１２
１の内の向かって左側（（−Ｘ）側）にはリニアモータ
１２３ｂが配置され、向かって右側（（＋Ｘ）側）には
バネ１２３２ｂが設けられるが、これらは外側リング１
２５１に取り付けられる。外側リング１２５１の左右端
には（＋Ｙ）側に突出する板状の部位（図４において符
号１２６１，１２６２を付す部位）が設けられ、部位１
２６１にリニアモータ１２３ｂが取り付けられ（図２参
照）、部位１２６２にバネ１２３２ｂが取り付けれられ
る。

【００２７】リニアモータ１２３ｂの駆動軸１２３１ｂ
は内側リング１２５２の左側の部位（（−Ｘ）側）に当
接する。バネ１２３２ｂはは一端が部位１２６２に固定
され、他端が内側リング１２５２の右側（（＋Ｘ）側）
の部位に当接する。バネ１２３２ｂも圧縮コイルバネと
なっており、内側リング１２５２の右側（（＋Ｘ）側）
の部位を前方側（（−Ｙ）側）に付勢する。

【００２８】以上に説明した構造により、駆動軸１２３
１ａが前方側（（−Ｙ）側）に移動すると、バネ１２３
２ａが圧縮されて光ファイバ１４２から出射される照明
光の方向が下側に傾き、駆動軸１２３１ａが後方側
（（＋Ｙ）側）に移動すると、バネ１２３２ａが伸びる
ことにより駆動軸１２３１ａと外側リング１２５１との
接触が維持され、照明光の方向が上側に傾く。

【００２９】さらに、駆動軸１２３１ｂが前方側（（−
Ｙ）側）に移動すると、バネ１２３２ｂが圧縮されて照
明光の方向が向かって右側（（＋Ｘ）側、使用者から見
た場合には左側）に移動し、駆動軸１２３１ｂが後方側
（（＋Ｙ）側）に移動すると、バネ１２３２ｂが伸びて
照明光の方向が向かって左側（（−Ｘ）側、使用者から
見た場合には右側）に移動する。

【００３０】図５は照明装置１の全体構成を示すブロッ
ク図であり、出射部１２と照明制御部２０とが接続され
る様子を示す。なお、照明制御部２０には照明光を生成
して光ファイバ１４２に送り出す照明光生成装置３１が
接続され、さらに、必要に応じて画像の記録を行う画像
記録装置３２が接続される。

【００３１】照明制御部２０は、参照画像を取得するた
めの参照画像取得ボタン２１、参照画像取得部２２およ
びメモリ２３を有し、参照画像取得部２２はカメラ１３
に接続される。参照画像とは照明すべき領域を中央に有
する画像であり、出射部１２からの照明方向を制御する
際の基準として使用される画像である。使用者または補
助者が参照画像取得ボタン２１を操作すると、その瞬間
にカメラ１３が照明対象を撮像し、入力される画像信号
を参照画像取得部２２が参照画像データ２３１としてメ
モリ２３に記憶する。

【００３２】照明制御部２０は、ずれ量算出部２４およ
び制御信号生成部２５をさらに有し、ずれ量算出部２４
にもカメラ１３からの画像信号が入力される。ずれ量算
出部２４はカメラ１３にて撮影された画像のデータを定
期的に取得し、参照画像データ２３１と取得された画像
データとを用いて、カメラ１３が撮影する画像と参照画
像との間のずれの量を求める。制御信号生成部２５は、
ずれ量に基づいて２つのリニアモータ１２３ａ，１２３
ｂを制御する制御信号を生成する。これにより、照明光
が照明すべき領域に照射されるように照明光の方向が変
更される。また、制御信号生成部２５は照明光生成装置
３１のＯＮ／ＯＦＦ制御も行う。

【００３３】さらに、照明制御部２０は参照画像拡張部
２６を有し、参照画像拡張部２６は参照画像データ２３
１の拡張を行う。参照画像データ２３１の拡張（すなわ
ち、参照画像の拡張）の具体的手法については後述す
る。

【００３４】画像記録装置３２にはカメラ１３からの画
像信号が入力され、使用者の視線からの画像が記録され
る。

【００３５】図５に示す照明制御部２０の構成のうち、
参照画像取得部２２、ずれ量算出部２４および参照画像
拡張部２６は、ＣＰＵがプログラムに従って演算処理を
行うコンピュータシステムにより実現されるが、これら
の構成の全てまたは一部が専用の電気回路により構築さ
れてもよい。

【００３６】図６は照明装置１の動作の流れを示す図で
ある。照明装置１では、まず、参照画像取得ボタン２１
が操作されたか否かを確認し（ステップＳ１）、参照画
像取得ボタン２１が操作された場合には参照画像取得部
２２が参照画像を参照画像データ２３１として取得して
メモリ２３に記憶する（ステップＳ２）。このとき、リ
ニアモータ１２３ａ，１２３ｂは原点復帰されており、
照明光が基準方向に向けられて参照画像に対応する領域
の中央に照明光が照射される状態とされている。すなわ
ち、使用者が頭部を動かして照明すべき領域を照明しつ
つ参照画像取得ボタン２１を操作することにより、照明
すべき領域を中央に写し出す参照画像が取得される。

【００３７】なお、基準方向は適宜設定により変更され
てもよい。また、参照画像データ２３１が取得される際
には、参照画像取得部２２が参照画像の中央の明度を減
少させる補正を行い、照明光が存在しない場合に得られ
るであろう画像を生成して参照画像データ２３１として
メモリ２３に記憶する。

【００３８】その後、ずれ量算出部２４が現在撮影中の
画像のデータをカメラ１３から取得する（ステップＳ
３）。以下の説明では、参照画像データ２３１を取得し
た後に照明光の方向制御のために取得される画像を「取
得画像」と呼び、取得画像のデータを「取得画像デー
タ」という。

【００３９】取得画像中に照明光の照射領域が存在する
と、取得画像の一部が異常に明るくなるため、明度の分
布に基づいてずれ量算出部２４が照明光の照射領域を推
測し、この領域の明度を減少させた画像のデータが取得
画像データとして取得される。

【００４０】ずれ量算出部２４は取得画像データと参照
画像データ２３１とに基づいて、これらの画像間のずれ
量を求める（ステップＳ４）。図７ないし図１１はずれ
量算出部２４の処理を説明するための図であり、これら
の図中の参照画像９１および取得画像９２は、演算量の
削減のために、例えば、４０×４０画素に圧縮される。
なお、図７ないし図１１中に符号９０にて示す領域は使
用者が照明しようと意図する領域を示している。以下、
図７ないし図１１を参照しながらずれ量算出部２４の処
理動作の一例について説明する。

【００４１】まず、図７に示すように、ずれ量算出部２
４は参照画像９１に対して取得画像９２を右に５画素、
上に５画素だけずらして重ね合わせる。そして、重なり
合った部分のうち参照画像９１の上部領域９１１および
下部領域９１２（図７においてクロスハッチングを付す
部分）について相違度を求める。これにより、相違度が
小さい場合には参照画像９１と取得画像９２とは図７に
示す状態または図７に近い状態でずれて取得されたもの
であると判断することが可能となり、相違度が大きい場
合には図７に示す状態とは異なる状態にて参照画像９１
と取得画像９２とが取得されたと判断することが可能と
なる。

【００４２】なお、通常、使用者の両手（または、両手
に把持された器具）が、参照画像９１の中央部分の左右
側に存在するため、ずれ量算出部２４では、上部領域９
１１および下部領域９１２のみについて相違度を求める
ことにより、適切な相違度を求めるようになっている。

【００４３】参照画像９１の上部領域９１１および下部
領域９１２以外の領域は、重み付けを小さくした上で相
違度の算出に利用されてもよい。すなわち、ずれ量算出
部２４が参照画像９１の上部領域９１１および下部領域
９１２を重視しながら相違度を求めることにより、適切
な相違度を算出することが実現される。上部領域９１１
または下部領域９１２のみが相違度の算出に利用（また
は、他の領域よりも大きな加重係数を設定し、高い度合
いで参照）されてもよい。

【００４４】相違度としては２種類のものが使い分けら
れる。１種類は、画素値の相違の累積値を演算対象とな
った画素数で除算したものであり、もう１種類は、参照
画像９１から生成されるエッジ画像と取得画像９２から
生成されるエッジ画像との画素値の相違の累積値を演算
対象となった画素数で除算したものである。

【００４５】例えば、参照画像９１が医療手術中の小さ
な切開部を示す画像の場合、参照画像９１の周縁部には
保護用のシートや皮膚が写し出され、切開部の中と外と
で色が大きく相違することとなる。この場合、相違度と
して単純に参照画像９１と取得画像９２との画素値（す
なわち、色）の差の平均を求めることにより、適切な相
違度が求められる。

【００４６】一方、切開部が大きく、参照画像９１全体
が類似した色となっている場合には、切開部内のエッジ
を検出することにより適切な相違度が求められることと
なる。このように、相違度を求める手法は参照画像９１
の性質応じて適宜使い分けられる。

【００４７】図７に示す配置にて相違度が求められる
と、取得画像９２を左に１画素だけ移動させて再度相違
度が求められる。その後、取得画像９２を左に１画素ず
つ移動させながら相違度を求めていき、図８に示すよう
に、参照画像９１に対して取得画像９２が左に５画素、
上に５画素だけずれた状態まで相違度が繰り返し求めら
れる。次に、参照画像９１に対して取得画像９２を右に
５画素、上に４画素だけずらした状態で相違度が求めら
れる。

【００４８】その後、参照画像９１に対して取得画像９
２を右から左に徐々に移動させながら相違度を求めてい
き、取得画像９２が左端に達すると取得画像９２を１画
素下に移動して再度右から左へと徐々に移動させながら
相違度が求められる。

【００４９】やがて、図９および図１０に示すように参
照画像９１に対して取得画像９２が下に５画素ずれた状
態にて左から右へと徐々に移動させながら相違度が求め
られ、１００個の相違度が求められる。このように、相
違度は参照画像９１に対して取得画像９２を複数通りに
ずらした状態にて複数回求められる。

【００５０】次に、図１１に示すように参照画像９１に
対して取得画像９２を回転させ、重なり合った部分のう
ち参照画像９１の上部領域９１１および下部領域９１２
について相違度が求められる。この場合も、取得画像９
２が回転した状態のまま図７ないし図１０を用いて説明
した手法と同様に、参照画像９１に対して取得画像９２
を複数通りにずらした状態で相違度が複数回求められ
る。

【００５１】取得画像９２の回転は、時計方向および反
時計方向に１°ずつ５°まで行われる。したがって、
（１００×２×５＝）１０００個の相違度が求められ
る。その結果、合計１１００個の相違度がずれ量算出部
２４により取得される。

【００５２】ずれ量算出部２４では得られた相違度から
最小の相違度を取得し、最小の相違度と所定のしきい値
とを比較して最小の相違度がしきい値以下であるか否か
を確認する。最小の相違度がしきい値よりも大きい場
合、参照画像９１と取得画像９２とが想定外にずれてお
り、ステップＳ４におけるずれ量の算出が不可能であっ
たと判定される（ステップＳ５）。

【００５３】ずれ量の算出が不可能であったと判定され
た場合、その旨がずれ量算出部２４から制御信号生成部
２５へと入力され、２つのリニアモータ１２３ａ，１２
３ｂには原点復帰を指示する制御信号が与えられる（ス
テップＳ６）。これにより、使用者が大きく頭部を動か
した場合や、電源投入直後であって参照画像データ２３
１がまだ取得されていない場合には、照明光はヘッドマ
ウント部１０からまっすぐ正面（すなわち、基準方向
に）に出射されることとなる。

【００５４】最小の相違度がしきい値以下の場合には、
最小の相違度が求められた際の参照画像９１と取得画像
９２との位置関係がずれ量として求められる（ステップ
Ｓ４）。例えば、最小の相違度が求められた際の参照画
像９１と取得画像９２との位置関係が図１２に示すもの
である場合、参照画像９１の中央の点９１５と取得画像
９２の中央の点９２５との左右方向の距離ｄｘおよび上
下方向の距離ｄｙがずれ量の要素として求められる。さ
らに、取得画像９２の回転角ｄθが回転に関するずれ量
の要素として求められる。

【００５５】ずれ量が求められると、参照画像９１、取
得画像９２およびずれ量に基づいて参照画像拡張部２６
により参照画像データ２３１が更新される（ステップＳ
７）。具体的には、図１３に示すように参照画像９１と
取得画像９２との双方の領域（論理和の領域）９５１の
画像が新たな参照画像とされ、拡張された参照画像のデ
ータが参照画像データ２３１としてメモリ２３に記憶さ
れる。なお、図１３中に平行斜線を付すように、参照画
像拡張後の相違度の算出に際しても参照画像の上部領域
および下部領域のみが利用される（または、他の領域よ
りも高い度合いで参照されつつ利用される）。

【００５６】その後、ずれ量が制御信号生成部２５に入
力され、制御信号生成部２５がずれ量に基づいて照明光
の方向を変更する制御信号を生成する（ステップＳ
８）。これにより、２つのリニアモータ１２３ａ，１２
３ｂが制御信号に基づいて駆動され、使用者が照明しよ
うと意図する領域（すなわち、参照画像の中央に相当す
る領域）に照明光が照射される。

【００５７】図１４は制御信号を生成するための演算処
理を説明するための図である。参照画像９１の中央の点
９１５の位置に照明光を照射するには、取得画像９２の
中央の点９２５から参照画像９１の中央の点９１５まで
照明光の照射領域を移動させる制御信号を求める必要が
ある。

【００５８】ここで、回転角ｄθの影響により、リニア
モータ１２３ａを駆動すると上下方向よりも回転角ｄθ
だけ傾いて照明領域が移動し、リニアモータ１２３ｂを
駆動すると左右方向よりも回転角ｄθだけ傾いて照明領
域が移動することから、図１４に示すように、回転角ｄ
θを考慮しつつ距離ｄｘおよび距離ｄｙを用いてリニア
モータ１２３ａの駆動による移動量ｍａおよびリニアモ
ータ１２３ｂの駆動による移動量ｍｂが求められる。そ
して、求められた移動量ｍａ，ｍｂだけ照明領域を移動
させる制御信号が生成され、照明領域が適切に参照画像
９１の中央に相当する領域（すなわち、照明すべき領
域）へと移動される。なお、上記説明では照明光が照明
対象に垂直に照射されることを前提としているが、使用
者の癖により照明光が所定の角度にて照明対象に照射さ
れる場合には、回転角ｄθの影響を他の手法により制御
信号に反映させてもよい。

【００５９】リニアモータ１２３ａ，１２３ｂが駆動さ
れるとステップＳ１に戻り、参照画像取得ボタン２１が
操作されたか否かが確認され、操作されていない場合に
は取得画像９２のデータの取得およびずれ量の算出が行
われ（ステップＳ３，Ｓ４）、ずれ量が求められると参
照画像データ２３１の更新およびリニアモータ１２３
ａ，１２３ｂの制御が行われる（ステップＳ７，Ｓ
８）。

【００６０】２回目以降のずれ量の算出は拡張された参
照画像に基づいて行われる。このとき、拡張された参照
画像の大きさに応じて参照画像に対して取得画像９２を
相対的にずらす（移動させる）範囲も拡張される。その
結果、頭部の向きがある程度大きく変化しても照明光を
所望の領域に照射することが実現される。

【００６１】すなわち、頭部を徐々に移動させることに
より参照画像の拡張が徐々に行われ、やがて参照画像は
図１３中に波線にて示す領域９５２ようにカメラ１３か
ら得られる画像よりも大きなものとなり、頭部の向きの
変化に対する照明領域の追従性が向上される。

【００６２】以上の動作により、参照画像取得ボタン２
１の操作による参照画像データ２３１の取得後は、使用
者が大きく頭部の向きを変えない限り照明すべき領域に
照明光が照射され続ける。これにより、使用者または使
用者を補助する補助者が照明光の方向を操作する必要が
なくなり、医療手術や精密な作業の際に照明装置１に係
るヘッドマウント部１０を装着することにより、所望の
領域を照明し続けることが実現される。

【００６３】参照画像および取得画像９２に基づいてず
れ量を求めることができない程度に大きく頭部の向きが
変化した場合には、ずれ量を求めることができないと判
定され（ステップＳ５）、制御信号生成部２５が２つの
リニアモータ１２３ａ，１２３ｂを原点復帰させる制御
信号を生成する（ステップＳ６）。これにより、使用者
が再び照明すべき領域に向く際には照明光は出射部１２
から真正面に出射されることとなり、使用者が作業を再
開した直後に照明方向に違和感を感じることが防止され
る。

【００６４】また、ずれ量を求めることができない場合
には、消灯するように制御信号が制御信号生成部２５か
ら照明光生成装置３１に出力されてもよい。

【００６５】使用者が照明すべき領域の位置を変更した
い場合には、使用者または補助者が参照画像取得ボタン
２１を操作することにより、新たな参照画像データ２３
１の取得が行われる（ステップＳ１，Ｓ２）。例えば、
参照画像取得ボタン２１を押下することによりリニアモ
ータ１２３ａ，１２３ｂが原点復帰され、その状態で新
たに照明したい領域に頭部を向け、参照画像取得ボタン
２１から指を離すと同時に参照画像データ２３１の取得
が行われる。これにより、その後、頭部の向きを変化さ
せたとしても新たな照明すべき領域に照明光が照射され
ることとなる。

【００６６】一方、照明装置１ではカメラ１３にて取得
される画像信号が画像記録装置３２にも出力可能とされ
ており、使用者の視線からの画像を保存することが実現
される。その結果、例えば、医療手術の教育や精密な組
み立て作業の教育、検討等において利用価値の高い画像
を得ることができる。

【００６７】なお、照明装置１は主としてヘッドマウン
ト部１０および照明制御部２０により構成され、使用者
の頭部や眼球の姿勢を検出する大がかりな設備を必要と
しない。したがって、照明装置１により使用者の動きと
は無関係に照明すべき領域を照明することが容易に実現
される。

【００６８】＜２．第２の実施の形態＞図１５は第２
の実施の形態に係る照明装置のヘッドマウント部１０ａ
の外観を示す斜視図である。ヘッドマウント部１０ａ
は、照明光を出射する出射部４２が２つ装着バンド１１
に取り付けられるという点、および、出射部４２に光源
およびカメラが内蔵されるという点で第１の実施の形態
に係るヘッドマウント部１０と大きく相違する。２つの
出射部４２にはケーブル４４が接続され、使用者の背後
へと導かれる。

【００６９】図１６は出射部４２の内部構造を側方から
示す図であり、図１７は出射部４２の正面図である。出
射部４２のハウジング４２１の前部には、多数の白色Ｌ
ＥＤ４２２が配列されたＬＥＤパネル４２５２が配置さ
れる。ＬＥＤパネル４２５２の外周は矩形の外側リング
４２５１に囲まれており、外側リング４２５１およびＬ
ＥＤパネル４２５２のフレームにより照明光の方向を変
更する回動機構４２５の主要部が構成され、外側リング
４２５１およびＬＥＤパネル４２５２のそれぞれが、第
１の実施の形態における外側リング１２５１および内側
リング１２５２に相当する。

【００７０】図１７に示すように、外側リング４２５１
の左右（（±Ｘ）側）にはハウジング４２１との間に板
部材４２３３ａが取り付けられ、ＬＥＤパネル４２５２
の上下（（±Ｚ）側）には外側リング４２５１との間に
板部材４２３３ｂが取り付けられる（図中、板部材には
平行斜線を付している。）。したがって、板部材４２３
３ａがねじれることにより外側リング４２５１がＸ方向
を向く軸を中心に回動し、板部材４２３３ｂがねじれる
ことによりＬＥＤパネル４２５２がＺ方向を向く軸（た
だし、この軸は外側リング４２５１とともに回動す
る。）を中心に回動する。

【００７１】図１６および図１７に示すように、外側リ
ング４２５１の上部は磁性体である磁石４２３２ａが取
り付けられ、磁石４２３２ａに対向して電磁石４２３１
ａがハウジング４２１に取り付けられる。したがって、
磁石４２３２ａと電磁石４２３１ａとが引き合うように
電流を制御すると、ＬＥＤパネル４２５２が上側を向く
ように傾き、磁石４２３２ａと電磁石４２３１ａとが反
発するように電流を制御すると、ＬＥＤパネル４２５２
が下側を向くように傾く。

【００７２】図１７に示すように、ＬＥＤパネル４２５
２の向かって右側（（＋Ｘ）側）にも磁石４２３２ｂが
配置され、磁石４２３２ｂに対向するように電磁石４２
３１ｂがハウジング４２１に取り付けられる。したがっ
て、磁石４２３２ｂと電磁石４２３１ｂとが引き合った
り反発することにより、ＬＥＤパネル４２５２の向きが
左右に振られる。

【００７３】ＬＥＤパネル４２５２の背面には、図１６
に示すようにカメラ１３が取り付けられ、図１７に示す
ＬＥＤパネル４２５２の中央の開口４２６を介してカメ
ラ１３が画像を取得する。したがって、ヘッドマウント
部１０ａでは、照明光の出射方向の変更に伴ってカメラ
１３が取得する画像の被写体上の位置も変更される。

【００７４】図１８は、ヘッドマウント部１０ａを有す
る照明装置１の構成を示すブロック図である。なお、図
１８において第１の実施の形態と同様の構成には同符号
を付している。

【００７５】照明制御部２０ａ内部には、２つの出射部
４２に対応して２つの制御ユニット５１が設けられる。
制御ユニット５１は第１の実施の形態に係る照明制御部
２０（図５参照）から参照画像取得ボタン２１および制
御信号生成部２５の機能の一部を取り除いた点以外は同
様の構成となっている。

【００７６】これらの制御ユニット５１における処理は
第１の実施の形態と同様であり、参照画像取得ボタン２
１の操作に応じてカメラ１３から参照画像データを取得
し、参照画像データと取得画像データとを比較すること
によりずれ量が求められる。そして、ずれ量に基づいて
制御信号が生成され、駆動回路５２および発光回路５３
に入力される。その結果、電磁石４２３１ａ，４２３１
ｂが駆動され、照明光が参照画像の中央に相当する領域
を照明するようにＬＥＤパネル４２５２の向きが制御さ
れる。また、取得画像データおよびずれ量に基づいて参
照画像データが拡張される。

【００７７】ずれ量を求めることができないときは、Ｌ
ＥＤパネル４２５２が正面を向くように制御され、必要
に応じてＬＥＤ４２２が消灯される。一方のカメラ１３
からの出力は画像記録装置３２に入力され、使用者の視
点からの画像が記録される。

【００７８】なお、第２の実施の形態ではＬＥＤパネル
４２５２の向きに応じてカメラ１３の向きも変更される
ことから、一般に参照画像データの拡張の程度は第１の
実施の形態よりも小さく抑えられる。

【００７９】以上のように、第２の実施の形態では、出
射部４２が２つ設けられるが、各出射部４２は第１の実
施の形態と同様の手法により個別に制御される。また、
第２の実施の形態では、出射部４２が光源を有するた
め、別途光源となる装置を設ける必要がなくなり、照明
装置１の持ち運びが容易とされる。さらに、出射部４２
を複数有するため、使用者の手の影を減少させることが
できる。

【００８０】＜３．第３の実施の形態＞図１９は第３
の実施の形態に係る照明装置のヘッドマウント部１０ｂ
を示す斜視図である。図１９では第２の実施の形態と同
様の構成には同符号を付している（図２０においても同
様）。ヘッドマウント部１０ｂは第２の実施の形態と比
べて、測距センサ４５が装着バンド１１の正面に追加さ
れ、一方の出射部４２ａにはカメラが設けられないとい
う点で相違している。

【００８１】図２０は、第３の実施の形態における照明
装置１の構成を示すブロック図である。出射部４２に対
しては第２の実施の形態と同様に、照明制御部２０ｂ内
に制御ユニット５１、駆動回路５２および発光回路５３
が設けられる。他方の出射部４２ａに対しては、発光回
路５３が出射部４２と共用され、電磁石４２３１ａ，４
２３１ｂに対応する駆動回路５２ａが設けられる。

【００８２】出射部４２に接続された駆動回路５２に入
力される制御信号は、追加信号生成部５４にも入力され
ることにより、出射部４２ａに接続された駆動回路５２
ａのための制御信号へと変換される。測距センサ４５か
らの信号は追加信号生成部５４および制御ユニット５１
に入力される。

【００８３】第３の実施の形態では、原則として出射部
４２は第２の実施の形態と同様に制御される。すなわ
ち、カメラ１３からの画像と参照画像とに基づいて所望
の照明すべき領域が照明されるように照明方向が制御さ
れる。

【００８４】ただし、第１および第２の実施の形態で
は、ヘッドマウント部と照明対象との間の距離が一定で
あるものとしてリニアモータや電磁石の制御を行ってい
るが、第３の実施の形態では、測距センサ４５により測
定されたヘッドマウント部１０ｂと照明対象との間の距
離に基づいてＬＥＤパネル４２５２の向きが高精度に制
御される。すなわち、同一のずれ量（距離ｄｘ，ｄｙ）
に対して測定された距離が大きいほど実際のずれが大き
いため、測定された距離が大きいほどＬＥＤパネル４２
５２の向きが大きく変化するように制御される。

【００８５】もう一方の出射部４２ａの照明方向は、出
射部４２が照明する方向と照明対象までの距離とから決
定される。この演算処理は追加信号生成部５４により実
行される。その結果、カメラ１３および制御ユニット５
１を１つ設けるのみで出射部４２および出射部４２ａが
適切に照明すべき領域に向けて照明光を出射することが
実現される。

【００８６】＜４．変形例＞以上、本発明の実施の形
態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に
限定されるのものではなく、様々な変形が可能である。

【００８７】例えば、照明光を出射する出射部は使用者
の頭部以外に装着されてもよく、使用者の肩、胸、首等
に装着されることにより使用者の頭部による影が形成さ
れることを防止しつつ定位置を照明することが実現され
る。この場合であっても画像記録装置３２において使用
者からの画像を記録することができる。

【００８８】また、ヘッドマウント部は頭部に被るもの
に限定されず、眼鏡のように装着されてもよい。なお、
医療手術では使い捨ての保護ゴーグルが用いられること
から、ヘッドマウント部が消毒処理可能とされるととも
に保護ゴーグルと一体化されてもよく、ヘッドマウント
部に保護シートをかぶせた上で使い捨ての保護ゴーグル
とともにヘッドマウント部が使用されれてもよい。

【００８９】照明光の出射は光ファイバやＬＥＤ以外の
ものを用いて実現されてもよい。例えば、ＥＬ素子が配
列されたＥＬパネル、半導体レーザ等が用いられてもよ
く、ハロゲンランプが直接取り付けられてもよい。ＬＥ
Ｄは白色のものに限定されず、例えば、Ｒ，Ｇ，Ｂの色
を発するＬＥＤを配列することにより、様々な色の照明
光を生成することができる。

【００９０】上記実施の形態では、照明方向を変更する
機構としてリニアモータや電磁石を用いる例について説
明したが、照明方向を変更するアクチュエータとしては
他のものが利用されてもよく、例えば、ステッピングモ
ータ、超音波モータ等も利用可能である。

【００９１】照明制御部はコンピュータを用いて実現さ
れることが好ましいが、専用の電気回路を用いて小型化
することにより、ヘッドマウント部に取り付けられても
よい。

【００９２】上記実施の形態では参照画像と取得画像と
を重ね合わせ、これらの画像の相対位置を変更しながら
相違度を求め、相違度に基づいてずれ量を求めるように
しているが、ずれ量の算出は他の既知の様々な手法が利
用可能である。例えば、２つの画像の類似の程度を示す
様々な相関演算手法が提案されおり、これらの手法を用
いて求められた相関に基づいてずれ量が求められてよ
い。さらに高度な手法としては特表平８−５０３０８８
号公報に記載されている手法が利用されてもよい。この
ように、ずれ量は参照画像と取得画像とに基づいて任意
の手法により求められてよい。

【００９３】なお、参照画像は照明すべき領域を中央に
有する画像に限定されるものでなく、照明すべきを領域
を含む画像であれば足りる。

【００９４】また、上記実施の形態では、参照画像９１
の上部領域９１１および／または下部領域９１２を高い
度合いで参照しつつずれ量を求めると述べたが、取得画
像９２の上部および／または下部を高い度合いで参照し
つつずれ量が求められてもよい。このような手法であっ
ても取得画像９２の上部および下部はそれぞれ参照画像
の上部および下部にほぼ重ね合わされることから、実質
的に参照画像の上部および／または下部を高い度合いで
参照することと同等となる。

【００９５】上記第２および第３の実施の形態では、２
つの出射部が設けられるが３以上の出射部が設けられて
もよい。もちろん、第１の実施の形態でも同様である。
また、１つだけ設けられた出射部が測距センサからの測
距結果を利用しつつ制御されもよく、２以上設けられた
出射部が測距センサからの測距結果を利用しつつ制御が
行われてもよい。第２の実施の形態のように２つのカメ
ラ１３を有する場合、２つのカメラ１３により取得され
た画像を用いて距離を測定することも可能である。

【００９６】なお、測距センサ４５では測距センサ４５
と照明対象との距離（すなわち、ヘッドマウント部と測
距センサ４５との距離）が測定されるが、測距結果は最
終的に照明方向の制御に用いられることから測距センサ
４５により実質的に出射部（または光源）と照明対象と
の間の距離が測定されるといえる。

【００９７】上記第２および第３の実施の形態では、電
磁石、磁石、板部材を用いて照明光の方向が変更される
が、磁石は磁性を帯びない磁性体であってもよい。この
場合、電磁石との間の吸引力のみを用いて照明光の方向
が変更される。すなわち、電磁石と磁性体との間の磁気
的作用に応じて照明光の向きを変更させることにより、
簡単な構造で照明方向の変更が実現される。また、板部
材に代えてゴムやバネ等の任意の弾性体が利用されても
よいし、弾性体の変形も回転の変形に限定されず、片持
梁のように変形させてもよい。

【００９８】上記実施の形態では使用者からみた画像が
画像記録装置３２に記録されると説明したが、画像記録
装置３２ではいわゆる動画像のみならず、一定時間ごと
の静止画像が取得されてもよい。すなわち、画像記録装
置には実質的に複数の画像のデータが記録される。

【００９９】

【発明の効果】請求項１ないし１０の発明では、照明手
段の向きに関わらず照明すべき領域を照明することがで
きる。

【０１００】また、請求項２の発明では、より適切に照
明すべき領域を照明することができる。

【０１０１】また、請求項３の発明では、参照画像全体
が類似した色となっている場合であっても適切に照明を
行うことができる。

【０１０２】また、請求項４の発明では、ずれ量を適切
に求めることができる。

【０１０３】また、請求項５の発明では、回転に関する
ずれ量を考慮した照明を行うことができる。

【０１０４】また、請求項６の発明では、使用者が照明
すべき領域への照明を再開した直後に照明方向に違和感
を感じることを防止することができる。

【０１０５】また、請求項７の発明では、測距結果を利
用して精度よく照明を行うことができる。

【０１０６】また、請求項８の発明では、複数の出射部
の向きを精度よく制御することができる。

【０１０７】また、請求項９の発明では、簡単な構成で
照明光の方向を変更することができる。

【０１０８】また、請求項１０の発明では、使用者から
みた画像を記録することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態に係る照明装置のヘッドマウ
ント部を示す斜視図である。

【図２】出射部の内部構造を示す断面図である。

【図３】出射部の正面図である。

【図４】図３から回動機構および反射板に係る構成を取
り除いた場合の出射部の様子を示す図である

【図５】照明装置の構成を示すブロック図である。

【図６】照明装置の動作の流れを示す図である。

【図７】ずれ量算出部の処理を説明するための図であ
る。

【図８】ずれ量算出部の処理を説明するための図であ
る。

【図９】ずれ量算出部の処理を説明するための図であ
る。

【図１０】ずれ量算出部の処理を説明するための図であ
る。

【図１１】ずれ量算出部の処理を説明するための図であ
る。

【図１２】参照画像と取得画像との位置関係の一例を示
す図である。

【図１３】参照画像が拡張される様子を説明するための
図である。

【図１４】制御信号を生成するための演算処理を説明す
るための図である

【図１５】第２の実施の形態に係る照明装置のヘッドマ
ウント部を示す斜視図である。

【図１６】出射部の内部構造を側方から示す図である。

【図１７】出射部の正面図である。

【図１８】照明装置の構成を示すブロック図である。

【図１９】第３の実施の形態に係る照明装置のヘッドマ
ウント部を示す斜視図である。

【図２０】照明装置の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１照明装置１２，４２，４２ａ出射部１３カメラ２０，２０ａ，２０ｂ照明制御部２３メモリ２４ずれ量算出部２５制御信号生成部２６参照画像拡張部３２画像記録装置４５測距センサ９１参照画像９２取得画像１２２反射板１２５，４２５回動機構１４２光ファイバ２３１参照画像データ９１１上部領域９１２下部領域４２３１ａ，４２３１ｂ電磁石４２３２ａ，４２３２ｂ磁石４２３３ａ，４２３３ｂ板部材４２５２ＬＥＤパネルＳ５，Ｓ６ステップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ２１Ｖ 14/00 Ｆ２１Ｓ 1/00 Ｅ // Ｆ２１Ｗ 131:205 1/02 ＧＦ２１Ｙ 101:02 Ｆ２１Ｍ 1/00 Ｓ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】使用者に装着される照明装置であって、照明対象を撮像することにより２次元画像のデータを取
得する撮像手段と、前記照明対象に向けて照明光を出射する照明手段と、前記照明光の方向を変更する照明方向変更手段と、前記撮像手段により取得された画像のデータに基づいて
前記照明方向変更手段に制御信号を与える制御手段と、
を備え、前記制御手段が、前記照明対象上の照明すべき領域を含む参照画像のデー
タを記憶する記憶手段と、前記参照画像のデータと前記撮像手段により取得された
画像のデータとに基づいて、前記参照画像と前記取得さ
れた画像との間のずれ量を求めるずれ量算出手段と、前記照明手段に前記照明すべき領域を照明させる制御信
号を前記ずれ量に基づいて生成する制御信号生成手段
と、を有することを特徴とする照明装置。
【請求項２】請求項１に記載の照明装置であって、前記制御手段が、前記参照画像、前記取得された画像お
よび前記ずれ量に基づいて前記参照画像を拡張する参照
画像拡張手段をさらに有することを特徴とする照明装
置。
【請求項３】請求項１または２に記載の照明装置であ
って、前記ずれ量算出手段が、前記参照画像から生成されるエ
ッジ画像と前記取得された画像から生成されるエッジ画
像とに基づいて前記ずれ量を求めることを特徴とする照
明装置。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれかに記載の照
明装置であって、前記ずれ量算出手段が、前記参照画像中の上部および／
または下部の領域を他の領域よりも高い度合いで参照し
て前記ずれ量を求めることを特徴とする照明装置。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれかに記載の照
明装置であって、前記ずれ量算出手段が、前記参照画像と前記取得された
画像との間のずれ量として、上下方向のずれ量、左右方
向のずれ量、および、回転に関するずれ量を求めること
を特徴とする照明装置。
【請求項６】請求項１ないし５のいずれかに記載の照
明装置であって、前記ずれ量算出手段がずれ量を求めることが可能である
か否かを判定し、ずれ量を求めることが不能である場合
に、前記照明光が基準方向に向けられることを特徴とす
る照明装置。
【請求項７】請求項１ないし６のいずれかに記載の照
明装置であって、前記照明すべき領域と前記照明手段との間の距離を測定
する測距手段をさらに備え、前記制御手段が、前記測距手段による測距結果を利用し
つつ前記照明方向変更手段を制御することを特徴とする
照明装置。
【請求項８】請求項７に記載の照明装置であって、前記照明手段が、複数の照明光を出射する複数の出射部
を有し、前記制御手段が、前記測距手段による測距結果を利用し
つつ前記複数の出射部の向きを制御することを特徴とす
る照明装置。
【請求項９】請求項１ないし８のいずれかに記載の照
明装置であって、前記照明方向変更手段が電磁石、磁性体および弾性部材
を有し、前記電磁石と前記磁性体との間に生じる磁気的
作用に応じて前記弾性部材が変形することにより、前記
照明光の方向が変更されることを特徴とする照明装置。
【請求項１０】請求項１ないし９のいずれかに記載の
照明装置であって、前記撮像手段により取得された複数の画像のデータを記
録する記録手段をさらに備えることを特徴とする照明装
置。