本發(fā)明涉及一種照明裝置，尤其涉及能夠適當(dāng)?shù)乇３质褂谜叩淖藨B(tài)并且適當(dāng)?shù)卣丈渥郎系恼彰餮b置。

背景技術(shù)：

通常使用被稱為所謂“臺燈(desklight)”的照明裝置(例如參照專利文獻(xiàn)1～專利文獻(xiàn)3)。這樣的照明裝置由使用者適當(dāng)?shù)刈儎游恢茫M(jìn)行調(diào)整以使期望的位置獲得適當(dāng)?shù)恼斩取?/p>

這樣的臺燈可進(jìn)行各種改良，已知有在用于改變照明方向的可動部分設(shè)置有電動機(jī)的照明裝置(例如參照專利文獻(xiàn)1)。此外，已知有在因年齡增大或疲勞而導(dǎo)致眼睛的對焦調(diào)整功能降低的情況下調(diào)節(jié)顏色或控制照射范圍的照明裝置(例如參照專利文獻(xiàn)2)。此外，還已知有判斷文字大小或彩色/單色來調(diào)整光的照明裝置(例如參照專利文獻(xiàn)3)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開平04-144002號公報

專利文獻(xiàn)2：日本特開2013-125596號公報

專利文獻(xiàn)3：日本特開2014-086311號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問題

在上述照明裝置中，存在如下問題。即，沒有考慮到使用者的姿態(tài)是各種各樣且時時刻刻發(fā)生變化的。當(dāng)姿態(tài)發(fā)生變化時，與桌子或光源之間的位置關(guān)系也發(fā)生變化。因而，存在當(dāng)使用者閱讀書籍時眼睛與桌上的書籍等對象物之間的距離較短的狀態(tài)持續(xù)的情況。于是，眼球的睫狀肌緊張，有可能成為視力降低的原因。此外，如果桌上的照度差增大則對眼睛產(chǎn)生負(fù)擔(dān)，同樣也成為視力降低的原因。并且，在書籍上出現(xiàn)文具或使用者的手的陰影時，文字等的閱讀識別會變得困難，同樣可能導(dǎo)致視力降低。此外，在桌上的照度較低時，使用者會將眼睛靠近書本等進(jìn)行閱讀，從而如上述那樣眼睛與對象物之間的距離變短，可能導(dǎo)致視力降低。

因此，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠使使用者的眼睛與對象物之間保持適當(dāng)?shù)木嚯x并且以適當(dāng)?shù)恼斩日丈渥郎系恼彰餮b置。

解決問題的方法

為了解決上述問題而實現(xiàn)發(fā)明目的，本發(fā)明的照明裝置以如下方式構(gòu)成。

一種照明裝置，其具備：用于照射桌上的光源；內(nèi)置有用于使該光源的位置移動的電動機(jī)的臂機(jī)構(gòu)；檢測使用者的用戶攝像機(jī)；檢測桌上的狀況的桌上攝像機(jī)；圖像處理部，其基于由上述用戶攝像機(jī)獲得的用戶圖像和由上述桌上攝像機(jī)獲得的桌上圖像，計算使用者的特定部位至上述桌子的距離以及使用者的姿態(tài)；運(yùn)算部，其基于由該圖像處理部求出的上述使用者的姿態(tài)以及由上述桌上攝像機(jī)獲得的照度分布，計算使照度分布的方差為最小的光源的最佳光源位置；在上述距離為規(guī)定值以下的情況下產(chǎn)生警告的警告部；以及臂控制部，其使上述臂機(jī)構(gòu)進(jìn)行動作，以使得上述光源移動至上述最佳光源位置。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，能夠使使用者的眼睛與對象物之間保持適當(dāng)?shù)木嚯x并且以適當(dāng)?shù)恼斩日丈渥郎稀?/p>

附圖說明

圖1是示出本發(fā)明的一實施方式的照明裝置以及設(shè)置有照明裝置的桌子的立體圖。

圖2是示出該照明裝置的立體圖。

圖3是示出組裝在該照明裝置中的燈頭的仰視圖。

圖4是示出該照明裝置的概要結(jié)構(gòu)的框圖。

圖5是示出組裝在該照明裝置中的臂部的機(jī)構(gòu)模型的說明圖。

圖6是示出該照明裝置的基本動作流程的說明圖。

圖7是示出該照明裝置的模式選擇的動作流程的說明圖。

圖8是示出該照明裝置的眼睛與桌子間的距離的檢測動作的說明圖。

圖9是示出該照明裝置的眼睛與桌子間的距離的檢測動作的說明圖。

圖10是示出該照明裝置的照度分布檢測原理的說明圖。

圖11是示出該照明裝置的光源位置的坐標(biāo)軸的說明圖。

圖12是示出該照明裝置的照度分布改善前的圖像和照度直方圖的說明圖。

圖13是示出該照明裝置的照度分布改善后的圖像和照度直方圖的說明圖。

附圖標(biāo)記說明

10照明裝置

20基座部

21面部攝像機(jī)(用戶攝像機(jī))

30臂機(jī)構(gòu)

40臂部

41第一臂

42第二臂

43仰角調(diào)節(jié)部件

44擺頭部件

45燈頭安裝部

50臂動作部

51第一電動機(jī)

51a第一角度傳感器

52第二電動機(jī)

52a第二角度傳感器

53第三電動機(jī)

53a第三角度傳感器

54第四電動機(jī)

54a第四角度傳感器

55第五電動機(jī)

55a第五角度傳感器

56第六電動機(jī)

56a第六角度傳感器

61燈頭座

62光源

63、64桌上攝像機(jī)

65照度傳感器

100控制裝置

110控制部

120圖像處理部

130運(yùn)算裝置

140警告部

h使用者

d桌子

具體實施方式

圖1是示出本發(fā)明的一實施方式的照明裝置10以及設(shè)置有照明裝置10的桌子d的立體圖。圖2是示出照明裝置10的立體圖。圖3是示出組裝在照明裝置10中的燈頭60的仰視圖。圖4是示出照明裝置10的概要結(jié)構(gòu)的框圖。圖5是示出臂部40的機(jī)構(gòu)模型的說明圖。圖6是示出照明裝置10的基本動作流程的說明圖。圖7是示出照明裝置10的模式選擇的動作流程的說明圖。圖8是示出照明裝置10的眼睛與桌子間的距離的檢測動作的說明圖。圖9是示出照明裝置10的眼睛與桌子間的距離的檢測動作的說明圖。圖10是示出照明裝置10的照度分布檢測原理的說明圖。圖11是示出照明裝置10的光源位置的坐標(biāo)軸的說明圖。圖12是示出照明裝置10的照度分布改善前的圖像和照度直方圖的說明圖。圖13是示出照明裝置10的照度分布改善后的圖像和照度直方圖的說明圖。另外，圖1中h表示使用者。

照明裝置10具備：載置在桌子d上的基座部20；用于將該基座部20固定于桌子d的固定用夾具25；臂機(jī)構(gòu)30，其基端側(cè)安裝于基座部20，決定光源62的位置；以及設(shè)置在該臂機(jī)構(gòu)30的前端側(cè)的燈頭60。

在基座部20內(nèi)設(shè)置有后述的控制裝置100。在基座部20的跟前側(cè)設(shè)置有面部攝像機(jī)(用戶攝像機(jī))21，該面部攝像機(jī)21檢測使用者h(yuǎn)的特定部位(例如眼睛的位置)以及使用者h(yuǎn)的上半身的姿態(tài)，輸出面部圖像(用戶圖像)。此外，在基座部20的上表面設(shè)置有模式開關(guān)22。

臂機(jī)構(gòu)30具備臂部40、以及使該臂部40進(jìn)行動作的臂動作部50。

臂部40具備：設(shè)置于內(nèi)置在基座部20的旋轉(zhuǎn)軸23的、向圖中箭頭α1方向轉(zhuǎn)動的第一臂41；以圍繞水平方向的軸轉(zhuǎn)動自由的方式設(shè)置于第一臂41的前端側(cè)的第二臂42；以圍繞水平方向的軸轉(zhuǎn)動自由的方式設(shè)置于第二臂42的前端側(cè)的仰角調(diào)節(jié)部件43；以轉(zhuǎn)動自由的方式設(shè)置于該仰角調(diào)節(jié)部件43的擺頭部件44；以及以轉(zhuǎn)動自由的方式設(shè)置于該擺頭部件44的燈頭安裝部45。在燈頭安裝部45安裝有燈頭60。

臂動作部50具備：內(nèi)置于基座部20的、使旋轉(zhuǎn)軸23向圖中箭頭α1方向轉(zhuǎn)動的第一電動機(jī)51以及第一角度傳感器51a；使第一臂41向圖中箭頭α2方向轉(zhuǎn)動的第二電動機(jī)52以及第二角度傳感器52a；使第二臂42向圖中箭頭α3方向轉(zhuǎn)動的第三電動機(jī)53以及第三角度傳感器53a；使仰角調(diào)節(jié)部件46向圖中箭頭α4方向轉(zhuǎn)動的第四電動機(jī)54以及第四角度傳感器54a；使擺頭部件44向圖中箭頭α5方向轉(zhuǎn)動的第五電動機(jī)55以及第五角度傳感器55a；以及使燈頭安裝部45向圖中箭頭α6方向轉(zhuǎn)動的第六電動機(jī)56以及第六角度傳感器56a。

臂機(jī)構(gòu)30使臂動作部50進(jìn)行動作，由此對后述的光源62的位置以及照射方向進(jìn)行各種控制，例如能夠使其移動至最佳光源位置。

燈頭60具備：長方形的燈頭座61；設(shè)置于該燈頭座61的下表面的、用于照射桌子d上的光源62；設(shè)置于該光源62側(cè)的、檢測桌上的照度分布并輸出桌上圖像的桌上攝像機(jī)63、64；以及設(shè)置于燈頭座61的上表面的、用于檢測環(huán)境狀況的照度傳感器65。

控制裝置100具備：對各部進(jìn)行協(xié)同控制并且控制臂部30的控制部110；與該控制部110連接的圖像處理部120；運(yùn)算裝置(運(yùn)算部)130；以及在眼睛與桌子間的距離為規(guī)定距離(閾值)以下的情況下，通過聲音或光向使用者h(yuǎn)發(fā)出警告的警告部140。

圖像處理部120與面部攝像機(jī)21的輸出、桌上攝像機(jī)63、64的輸出連接，對由面部攝像機(jī)21獲得的面部圖像和由桌上攝像機(jī)63、64獲得的桌上圖像進(jìn)行處理并檢測使用者h(yuǎn)的特定部位(在這里是使用者h(yuǎn)的眼睛)的位置數(shù)據(jù)，計算使用者h(yuǎn)的眼睛與桌子d間的距離q以及使用者h(yuǎn)的姿態(tài)。

運(yùn)算裝置130基于使用者h(yuǎn)的上半身的姿態(tài)，使桌子d上照度分布的直方圖的方差成為最小，由此計算使使用者h(yuǎn)的陰影為最小限度并且桌子d上的照度差為最小限度的光源62的最佳光源位置。

警告部140具有在使用者h(yuǎn)的眼睛至桌子d的距離q低于基準(zhǔn)值(規(guī)定值)時通過聲音或光進(jìn)行警告的功能。具體而言，采用來自揚(yáng)聲器的警告音或光源62的閃爍等。

像這樣構(gòu)成的照明裝置10以如下方式進(jìn)行使用。照明裝置10中例如備有如下四種模式。即(m1)待機(jī)模式、(m2)校準(zhǔn)模式、(m3)光源位置控制模式、(m4)手邊集中模式。這些模式通過按下模式開關(guān)22，如圖7所示那樣依次切換。

(m1)待機(jī)模式

待機(jī)模式是執(zhí)行照明裝置10的待機(jī)處理的模式。在接通電源后向待機(jī)模式轉(zhuǎn)換。在停留于待機(jī)模式時，不進(jìn)行臂機(jī)構(gòu)30的動作和光源62的點亮。

(m2)校準(zhǔn)模式

校準(zhǔn)模式是用于進(jìn)行面部攝像機(jī)21以及桌上攝像機(jī)63、64的調(diào)整的模式。通常，僅在首次接通電源時進(jìn)行一次轉(zhuǎn)換至校準(zhǔn)模式，能夠通過任意操作進(jìn)入到校準(zhǔn)模式。面部攝像機(jī)21以及桌上攝像機(jī)63、64的調(diào)整是指，進(jìn)行使用者h(yuǎn)的臉部、上半身、眼睛、手的圖像學(xué)習(xí)，并且基于專用模板(patternsheet)的像素計算向長度的轉(zhuǎn)換系數(shù)。

(m3)光源位置控制模式

光源位置控制模式是根據(jù)使用者h(yuǎn)的姿態(tài)和環(huán)境狀況來控制照明裝置10的光源62的位置的模式。通過使用者h(yuǎn)對模式開關(guān)的操作，選擇性地轉(zhuǎn)換為光源位置控制模式。關(guān)于控制方法在后文中說明。

(m4)手邊集中模式

手邊集中模式是以使照明裝置10的光總是照射到使用者h(yuǎn)的手邊的方式進(jìn)行控制的模式。通過操作模式開關(guān)22，選擇性地轉(zhuǎn)換為手邊集中模式。在停留于手邊集中模式時，照明裝置10通過桌上攝像機(jī)63、64識別使用者h(yuǎn)的手的位置。照明裝置10控制臂機(jī)構(gòu)30，以使使用者h(yuǎn)的手移動至由桌上攝像機(jī)63、64獲得的圖像的中央。由此，使用者h(yuǎn)的手周圍被照射。

通過設(shè)置有這四個模式，如圖6所示在接通電源開始后，通過模式開關(guān)22選擇動作模式(m1)～(m4)(st10)。然后，執(zhí)行所選擇的動作模式(m1)～(m4)(st11)，通過切斷電源來結(jié)束。

進(jìn)一步詳細(xì)說明，則每次按下模式開關(guān)22時都切換動作模式(m1)～(m4)。圖7示出該動作流程。即，在開始后，判斷模式開關(guān)22是否被按下(st20)。如果沒有被按下，則繼續(xù)待機(jī)模式(m1)(st21)。如果已被按下，則判斷是否完成了校準(zhǔn)(st30)，如果完成則進(jìn)入st40。

如果未完成校準(zhǔn)，則執(zhí)行校準(zhǔn)模式(m2)(st31)，并判斷是否正常執(zhí)行了校準(zhǔn)(st32)，如果正常完成，則進(jìn)入st40。此外，如果未完成，則返回至st31。

st40為光源位置控制模式(m3)。判斷模式開關(guān)22是否被按下(st41)，在被按下之前繼續(xù)光源位置控制模式(m3)。被按下的情況下，則進(jìn)入手邊集中模式(m4)(st50)。

接著，判斷模式開關(guān)22是否被按下(st51)，在被按下之前繼續(xù)手邊集中模式(m4)。被按下的情況下則結(jié)束。

下面，對光源位置控制模式進(jìn)行詳細(xì)說明。在轉(zhuǎn)換至光源位置控制模式時，通過面部攝像機(jī)21獲取使用者h(yuǎn)的圖像。照明裝置10的圖像處理部120具有圖像識別功能，該圖像識別功能是利用預(yù)先基于多個眼睛的圖像求出的haar-like特征和adaboost算法而制作的軟件實現(xiàn)的。此外，還輸入了大量的人的姿態(tài)、手的形狀等數(shù)據(jù)，來執(zhí)行圖像識別。通過將所獲取的圖像應(yīng)用于圖像處理部120，求取圖像上的眼睛的位置。

將眼睛的位置坐標(biāo)設(shè)為ex、ey。此外，面部攝像機(jī)21的位置設(shè)定為能夠獲取的圖像的最下部為與桌子d的上表面部相等的高度，因此圖像的最下部能夠作為桌子d的位置來采用。因此，將如上所述檢測出的眼睛位置的高度直接作為眼睛至桌子d的距離來采用。由此，在滿足下式時認(rèn)為姿態(tài)惡化。

ey＜eth…(1)

其中，eth為姿態(tài)惡化警告閾值。

在由運(yùn)算裝置130檢測出使用者h(yuǎn)的姿態(tài)惡化時，照明裝置10通過警告部140用聲音或光等對使用者h(yuǎn)進(jìn)行警告。

圖8以及圖9中示出在面部攝像機(jī)21識別出使用者h(yuǎn)的眼睛的位置坐標(biāo)時的ex、ey的關(guān)系。眼睛的位置坐標(biāo)用(ex，ey)來表示。此外，姿態(tài)惡化警告閾值設(shè)為eth＝300。如圖8所示，在使用者h(yuǎn)的姿態(tài)正常的情況下，通過圖像處理獲得的眼睛的位置坐標(biāo)為(ex，ey)＝(310，400)。由此，眼睛與桌子間的距離為400，由于高于閾值，因而不發(fā)出警告。

另一方面，如圖9所示，在使用者h(yuǎn)的姿態(tài)惡化的情況下，通過圖像處理獲得的眼睛的位置坐標(biāo)為(ex，ey)＝(90，260)時，眼睛與桌子間的距離為260，低于閾值因此發(fā)出警告。

下面，示出截止到照明裝置10基于由照明傳感器65觀測到的當(dāng)前照明狀況而進(jìn)行向可減小照度不均勻的光源位置移動的控制的過程。

圖10示出照度分布檢測原理。即，測量使用環(huán)境的照度分布，求取在使用者h(yuǎn)的視點位置(hi)上檢測到的推定照度分布?；谕贫ㄕ斩确植?，計算可減小照度不均勻的光源的最佳位置。

將光源62的最佳位置作為目標(biāo)位置，生成臂機(jī)構(gòu)30的前端的運(yùn)動軌跡，并且通過軌跡追蹤控制將光源位置移動至最佳位置。

照明裝置10使用桌上攝像機(jī)63、64測量桌子d的平面上的照度分布ia(i，j)。接著，基于下式求取在使用者的視點位置上的推定照度分布ib。

ib＝rxuia…(2)

其中，r是基于照度分布坐標(biāo)系的變換矩陣，xu是使用者h(yuǎn)的視點空間坐標(biāo)，ia是照度分布。使用者h(yuǎn)的視點空間坐標(biāo)xu＝[x，y，z，θr，θp，θy]是基于面部攝像機(jī)21的獲取圖像通過圖像處理來檢測眼球位置并且基于深度數(shù)據(jù)來檢測縱深方向上的位置而獲取的。

利用該推定照度分布ib，求取照度不均勻較小的光源位置。因此，使用照明裝置10的照明模型im。這是基于對當(dāng)前使用者視點位置上的照度分布帶來何種影響這樣的觀點而模型化的。將考慮了該照明模型的最終使用者所受到的照度分布設(shè)為“模型考慮照度分布”，用ic表示。推定照度分布ib與照明模型im、模型考慮照度分布ic的關(guān)系為下式。

ic＝ib－im…(3)；

此外，照明模型im(x，y，z)為下式。

im＝sxkl+cx…(4)；

其中，s為從光源向使用者視點位置的坐標(biāo)變換矩陣，x為光源位置坐標(biāo)，k為模型修正系數(shù)矩陣，l為桌子上表面的照明強(qiáng)度分布，c為修正項。

在本方法中，認(rèn)為照度不均勻較小的光源位置是指模型考慮照度分布無論在哪個位置都均勻。即，成為下述這樣的光源位置：在描繪模型考慮照度分布的直方圖h(n)(照度值對頻度)時成為某一值取峰值的尖銳度較高的曲線概形的光源位置。為了求取該光源位置，利用梯度法進(jìn)行光源位置的最佳化。此時的評價函數(shù)是關(guān)于直方圖h(n)的：

[數(shù)學(xué)式1]

s.t.n∈z

其中，m是照度數(shù)據(jù)個數(shù)，ha是照度平均值，hi是照度值，z是照度數(shù)據(jù)的集合。該評價函數(shù)意義是通過直方圖h(n)的方差的最小化，實現(xiàn)在照度分布上具有特定亮度的空間區(qū)域的最大化。

圖11是示出照明裝置10的光源位置的坐標(biāo)軸。在光源位置控制模式中，通過上述的最佳化的計算，能夠得到照度不均勻較小的光源位置(xc，yc，zc，θrc，θpc，θyc)。為了使光源位置成為(xc，yc，zc，θrc，θpc，θyc)，生成燈頭60(臂前端)的移動軌跡，并且進(jìn)行其追蹤控制。由此，使光源62向(xc，yc，zc，θrc，θpc，θyc)移動。由此，照明裝置10基于觀測到的當(dāng)前照明狀況而移動至最佳的光源位置，從而能夠?qū)崿F(xiàn)照度不均勻較小的桌子d上的照明環(huán)境。此外，不僅通過控制光源位置，還可以通過控制光源62本身的照度及色溫來實現(xiàn)照度不均勻較小的照明環(huán)境。

圖12以及圖13是示出如上所述得到的照度分布的改善過程的圖像以及對該圖像進(jìn)行處理而得到的照度分布的直方圖的說明圖。即，基于由桌上攝像機(jī)63、64得到的圖像，獲得改善前為圖12的圖表所示的照度分布的直方圖。直方圖的方差較大，為存在照度不均勻的狀況。此時的光源位置坐標(biāo)為(x，y，z，θr，θp，θy)＝(100，200，300，0，0，0)。

接著，通過計算裝置130，基于上述式(5)，計算無照度不均勻的最佳的光源位置。計算的結(jié)果例如得到(xc，yc，zc，θrc，θpc，θyc)＝(82，98，312，π/6，－π/12，2π/12)。使臂機(jī)構(gòu)30進(jìn)行動作并移動，以使得光源62位于該位置。移動后的照度分布為圖13，中央部最亮，隨著往周邊去而逐漸變暗的理想的照度分布。

如上所述，根據(jù)本實施方式的照明裝置10，在使用者h(yuǎn)的眼睛與桌子d間的距離為規(guī)定值以下的情況下發(fā)出警告，以確保使用者h(yuǎn)的眼睛與桌子d間的距離不會過度靠近。此外，在桌子d上的照度分布不適當(dāng)?shù)那闆r下，能夠移動光源62以改善照度分布，以適當(dāng)?shù)恼斩日丈渥郎?。因此，能夠防止使用者h(yuǎn)的視力降低。

另外，本發(fā)明并不限于上述實施方式。關(guān)于由面部攝像機(jī)拍攝的特定部位，可以是眼睛以外的上半身的部位，例如像耳朵的位置這樣能夠預(yù)測眼睛位置的部位即可，并不限于眼睛。顯然在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)可以實施各種變形。