(57)【要約】【課題】支持部の構成をより小型化することを可能にする。【解決手段】観察対象を撮影し、映像信号を出力する撮像部と、複数のアーム部が関節部を介して互いに回動可能に接続されて構成され、前記撮像部を支持する支持部と、を備え、前記支持部を構成する複数の関節部のうち前記撮像部の姿勢を規定する少なくとも１つの関節部における回転軸まわりの回転に対して駆動力を与えるアクチュエータが設けられ、前記少なくとも１つの関節部と前記アクチュエータとは、互いに略直交する２つの回転軸間において回転運動を伝達する動力伝達機構を介して接続され、互いに離隔して配置される、医療用観察装置を提供する。【選択図】図６
2020116442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察対象を撮影し、映像信号を出力する撮像部と、
複数のアーム部が関節部を介して互いに回動可能に接続されて構成され、前記撮像部を支持する支持部と、
を備え、
前記支持部を構成する複数の関節部のうち前記撮像部の姿勢を規定する少なくとも１つの関節部における回転軸まわりの回転に対して駆動力を与えるアクチュエータが設けられ、
前記少なくとも１つの関節部と前記アクチュエータとは、互いに略直交する２つの回転軸間において回転運動を伝達する動力伝達機構を介して接続され、互いに離隔して配置され、
前記動力伝達機構は、
一端が前記アクチュエータの回転軸に接続され、前記アクチュエータの回転軸と略平行な方向に延伸するドライブシャフトと、
前記ドライブシャフトの他端に設けられ、前記アクチュエータの回転軸と同軸で回転する第１の動力伝達部材と、
前記第１の動力伝達部材と連動して、前記少なくとも１つの関節部の回転軸と同軸で回転する第２の動力伝達部材と、
前記ドライブシャフトの軸方向への移動を補助するガイドとを含む、
医療用観察装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つの関節部は、前記支持部を構成するアーム部のうちの１つの所定のアーム部の一側に、回転軸が前記所定のアーム部の延伸方向と略直交するように配置され、
前記アクチュエータは、前記所定のアーム部の他側に、回転軸が前記所定のアーム部の延伸方向と略平行となるように配置され、
前記動力伝達機構は、前記所定のアーム部の内部に設けられる、
請求項１に記載の医療用観察装置。
【請求項３】
前記アクチュエータは、モータ、減速機構、クラッチ及びブレーキが、この順に直列に配列されて構成される、
請求項２に記載の医療用観察装置。
【請求項４】
前記アクチュエータは、モータ及び減速機構の前記所定のアーム部の延伸方向に垂直な面内方向の大きさが、前記クラッチ又は前記ブレーキの前記所定のアーム部の延伸方向に垂直な面内方向の大きさよりも小さくなるように、構成される、
請求項３に記載の医療用観察装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの関節部には、前記少なくとも１つの関節部における回転角度を検出するポテンショメータが設けられ、
前記ポテンショメータの検出値に基づいて、前記撮像部によって撮影された前記観察対象の画像の表示が左右方向又は上下方向に移動するように、前記少なくとも１つの関節部の駆動が制御される、
請求項３又は４に記載の医療用観察装置。
【請求項６】
前記第１の動力伝達部材及び前記第２の動力伝達部材は、
かさ歯車によってそれぞれ構成されている、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の医療用観察装置。
【請求項７】
前記動力伝達機構は、前記第１の動力伝達部材と前記第２の動力伝達部材との間のクリアランスを減少させる方向に前記第１の動力伝達部材を付勢するバネ、を更に含む、
請求項６に記載の医療用観察装置。
【請求項８】
前記ガイドは、
前記ドライブシャフトの軸方向への移動をガイドするリニアガイドである、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の医療用観察装置。
【請求項９】
前記動力伝達機構は、前記ドライブシャフトに設けられるスラスト軸受、を更に含む、
請求項６〜８のいずれか１項に記載の医療用観察装置。
【請求項１０】
前記動力伝達機構は、前記アクチュエータの回転軸と前記ドライブシャフトとを接続するオルダムカップリング、を更に含む、
請求項６〜９のいずれか１項に記載の医療用観察装置。
【請求項１１】
前記撮像部は、前記支持部の先端に設けられ、
前記少なくとも１つの関節部は、前記支持部において、前記撮像部が設けられる先端側から２つ目に設けられる関節部である、
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の医療用観察装置。
【請求項１２】
前記動力伝達機構は、
一端が前記アクチュエータの回転軸に接続され、前記アクチュエータの回転軸と同軸で回転するウォームと、
前記ウォームの歯面と歯合して、前記少なくとも１つの関節部の回転軸と同軸で回転するウォームホイールと、
によって構成されるウォームギアを含む、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の医療用観察装置。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの関節部は、前記支持部を構成するアーム部のうちの１つの所定のアーム部に配置され、
前記アクチュエータは、前記所定のアーム部の基端部に配置される、
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の医療用観察装置。
【請求項１４】
観察対象を撮影し、映像信号を出力する顕微鏡部と、
複数のアーム部が関節部を介して互いに回動可能に接続されて構成され、前記顕微鏡部を支持する支持部と、
を備え、
前記支持部を構成する複数の関節部のうち前記顕微鏡部の姿勢を規定する少なくとも１つの関節部における回転軸まわりの回転に対して駆動力を与えるアクチュエータが設けられ、
前記少なくとも１つの関節部と前記アクチュエータとは、互いに略直交する２つの回転軸間において回転運動を伝達する動力伝達機構を介して接続され、互いに離隔して配置され、
前記動力伝達機構は、
一端が前記アクチュエータの回転軸に接続され、前記アクチュエータの回転軸と略平行な方向に延伸するドライブシャフトと、
前記ドライブシャフトの他端に設けられ、前記アクチュエータの回転軸と同軸で回転する第１の動力伝達部材と、
前記第１の動力伝達部材と連動して、前記少なくとも１つの関節部の回転軸と同軸で回転する第２の動力伝達部材と、
前記ドライブシャフトの軸方向への移動を補助するガイドとを含む、
手術用観察装置。
【請求項１５】
観察対象を撮影し映像信号を出力する撮像部と、複数のアーム部が関節部を介して互いに回動可能に接続されて構成され前記撮像部を支持する支持部と、を有する、観察装置と、
前記映像信号に基づいて、前記撮像部によって撮影された前記観察対象の画像を表示する表示装置と、
を備え、
前記観察装置においては、
前記支持部を構成する複数の関節部のうち前記撮像部の姿勢を規定する少なくとも１つの関節部における回転軸まわりの回転に対して駆動力を与えるアクチュエータが設けられ、
前記少なくとも１つの関節部と前記アクチュエータとは、互いに略直交する２つの回転軸間において回転運動を伝達する動力伝達機構を介して接続され、互いに離隔して配置され、
前記動力伝達機構は、
一端が前記アクチュエータの回転軸に接続され、前記アクチュエータの回転軸と略平行な方向に延伸するドライブシャフトと、
前記ドライブシャフトの他端に設けられ、前記アクチュエータの回転軸と同軸で回転する第１の動力伝達部材と、
前記第１の動力伝達部材と連動して、前記少なくとも１つの関節部の回転軸と同軸で回転する第２の動力伝達部材と、
前記ドライブシャフトの軸方向への移動を補助するガイドとを含む、
医療用観察システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、医療用観察装置、手術用観察装置及び医療用観察システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療現場においては、手術や検査をサポートするために支持アーム装置が用いられつつある。例えば、支持アーム装置の支持部の先端に、患者の術部の微小部位を拡大観察するための拡大光学系が設けられた、光学式の観察装置（観察装置）が知られている。光学式の観察装置を用いて手術を行う際には、医師等の術者は、当該拡大光学系に設けられた接眼レンズを介して術部を直接観察しながら手術を行う。
【０００３】
このような観察装置においては、支持部における各構成部材の動きを伝達する歯車等の動力伝達機構の配置や構成を工夫することにより、より優れた操作性を実現するための様々な技術が開発されている。例えば、特許文献１には、拡大光学系等の医療光学機器を保持するためのスタンド装置であって、第１の回転ジョイントによって保持ユニットに旋回可能に支承されている第１のリンクと、第２の回転ジョイントを介して前記第１のリンクに回転可能に結合されている第２のリンクと、が設けられており、当該第２のリンクは、その前方の区分の第３の回転ジョイントで、医療光学機器を保持する受容ユニットを支持しており、当該受容ユニットがフロントリンクを有していて、当該フロントリンクが第３のリンクと第４のリンクとを介して第２の回転ジョイントに結合されている形式のスタンド装置であって、受容ユニットと第４のリンクとが、歯車伝動装置によって、第１のリンクが運動する際にフロントリンクの向きが変化しないように連結されているスタンド装置が開示されている。
【０００４】
特許文献１に記載のスタンド装置によれば、受容ユニットと第４のリンクとの連結が歯車伝動装置を介して行われることにより、高い内部摩擦を有した摩擦面接触が得られる。これにより、例えばスタンド装置が設置される床面（建物）の揺れに起因する受容ユニットの振動が著しく減衰されるため、当該スタンド装置によって保持される医療光学機器の振動を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２６７７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、近年、上記のような医療用の観察装置においては、支持部の先端に、術部を拡大して撮影する機能を有する顕微鏡部が設けられた、電子撮像式の観察装置（観察装置）が提案されている。電子撮像式の観察装置を用いて手術を行う場合には、顕微鏡部によって撮影された術部の画像が手術室内に設置された表示装置に表示され、術者は、当該表示装置の画像を見ながら手術を行う。
【０００７】
このような電子撮像式の観察装置では、顕微鏡部、及び当該顕微鏡部が取り付けられる支持部の先端が、術部の近傍に位置することとなる。従って、支持部の先端付近の構成が大きいと、術者の作業空間が制限されてしまい、円滑に処置を行うことが困難になる可能性がある。また、電子撮像式の観察装置では、上述したように、術者が手術室内に設置された表示装置の画像を見ながら手術を行うこととなるため、術者と当該表示装置との間に支持部が位置し得ることとなる。従って、支持部の先端付近の構成が大きいと、表示装置を視認する術者の視界が塞がれてしまい、術者の円滑な作業が妨げられる恐れがある。
【０００８】
このように、手術や検査をより円滑に行うために、医療用の観察装置、特に電子撮像式の観察装置の支持部には、より小型であることが求められている。しかしながら、これまで、電子撮像式の観察装置においては、支持部の構成を小型化することについて十分に検討がなされていなかった。
【０００９】
特に、近年、観察装置においては、支持部を構成する各関節部に対してアクチュエータを設け、当該支持部の動作を、当該アクチュエータによって各関節部を回転駆動させることによって実現するものが提案されている。このような関節部にアクチュエータを備える観察装置では、アクチュエータが搭載される分、支持部はより大型化することが懸念される。つまり、各関節部に対してアクチュエータが設けられる場合には、支持部を小型化することはより困難になると考えられる。
【００１０】
そこで、本開示では、支持部の構成をより小型化することが可能な、新規かつ改良された医療用観察装置、手術用観察装置及び医療用観察システムを提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本開示によれば、観察対象を撮影し、映像信号を出力する撮像部と、複数のアーム部が関節部を介して互いに回動可能に接続されて構成され、前記撮像部を支持する支持部と、を備え、前記支持部を構成する複数の関節部のうち前記撮像部の姿勢を規定する少なくとも１つの関節部における回転軸まわりの回転に対して駆動力を与えるアクチュエータが設けられ、前記少なくとも１つの関節部と前記アクチュエータとは、互いに略直交する２つの回転軸間において回転運動を伝達する動力伝達機構を介して接続され、互いに離隔して配置され、前記動力伝達機構は、一端が前記アクチュエータの回転軸に接続され、前記アクチュエータの回転軸と略平行な方向に延伸するドライブシャフトと、前記ドライブシャフトの他端に設けられ、前記アクチュエータの回転軸と同軸で回転する第１の動力伝達部材と、前記第１の動力伝達部材と連動して、前記少なくとも１つの関節部の回転軸と同軸で回転する第２の動力伝達部材と、前記ドライブシャフトの軸方向への移動を補助するガイドとを含む、医療用観察装置が提供される。
【００１２】
また、本開示によれば、観察対象を撮影し、映像信号を出力する顕微鏡部と、複数のアーム部が関節部を介して互いに回動可能に接続されて構成され、前記顕微鏡部を支持する支持部と、を備え、前記支持部を構成する複数の関節部のうち前記顕微鏡部の姿勢を規定する少なくとも１つの関節部における回転軸まわりの回転に対して駆動力を与えるアクチュエータが設けられ、前記少なくとも１つの関節部と前記アクチュエータとは、互いに略直交する２つの回転軸間において回転運動を伝達する動力伝達機構を介して接続され、互いに離隔して配置され、前記動力伝達機構は、一端が前記アクチュエータの回転軸に接続され、前記アクチュエータの回転軸と略平行な方向に延伸するドライブシャフトと、前記ドライブシャフトの他端に設けられ、前記アクチュエータの回転軸と同軸で回転する第１の動力伝達部材と、前記第１の動力伝達部材と連動して、前記少なくとも１つの関節部の回転軸と同軸で回転する第２の動力伝達部材と、前記ドライブシャフトの軸方向への移動を補助するガイドとを含む、手術用観察装置が提供される。
【００１３】
また、本開示によれば、観察対象を撮影し映像信号を出力する撮像部と、複数のアーム部が関節部を介して互いに回動可能に接続されて構成され前記撮像部を支持する支持部と、を有する、観察装置と、前記映像信号に基づいて、前記撮像部によって撮影された前記観察対象の画像を表示する表示装置と、を備え、前記観察装置においては、前記支持部を構成する複数の関節部のうち前記撮像部の姿勢を規定する少なくとも１つの関節部における回転軸まわりの回転に対して駆動力を与えるアクチュエータが設けられ、前記少なくとも１つの関節部と前記アクチュエータとは、互いに略直交する２つの回転軸間において回転運動を伝達する動力伝達機構を介して接続され、互いに離隔して配置され、前記動力伝達機構は、一端が前記アクチュエータの回転軸に接続され、前記アクチュエータの回転軸と略平行な方向に延伸するドライブシャフトと、前記ドライブシャフトの他端に設けられ、前記アクチュエータの回転軸と同軸で回転する第１の動力伝達部材と、前記第１の動力伝達部材と連動して、前記少なくとも１つの関節部の回転軸と同軸で回転する第２の動力伝達部材と、前記ドライブシャフトの軸方向への移動を補助するガイドとを含む、医療用観察システムが提供される。
【００１４】
本開示によれば、顕微鏡部の姿勢を規定し得る関節部のうちの少なくとも１つの関節部と、当該少なくとも１つの関節部に対して駆動力を与えるアクチュエータと、が、動力伝達機構を介して、互いに離隔して配置される。一般的に顕微鏡部の姿勢を規定し得る関節部は当該顕微鏡部の近傍に設けられることが多いため、このように、顕微鏡部の姿勢を規定し得る関節部うちの少なくとも１つの関節部と、アクチュエータと、が互いに離隔して配置されることにより、顕微鏡部付近の構成をより小型化することが可能になる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように本開示によれば、支持部の構成をより小型化することが可能になる。なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、又は上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、又は本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】電子撮像式の観察装置を用いた手術の様子を概略的に示す図である。
【図２】電子撮像式の観察装置を用いた手術の様子を概略的に示す図である。
【図３】アクチュエータが設けられた支持部の、一般的な構成の一例を示す図である。
【図４】第１の実施形態に係る観察システムの一構成例を示す図である。
【図５】図４に示すアクチュエータの一構成例を示す断面図である。
【図６】第１の実施形態において、第２関節部とアクチュエータとを接続する動力伝達機構の一構成例を示す図である。
【図７】第１の実施形態の一変形例に係るアクチュエータの構成例を示す断面図である。
【図８】第１の実施形態の一変形例に係るアクチュエータの構成例を示す断面図である。
【図９】第２の実施形態に係る観察システムの一構成例を示す図である。
【図１０】第２の実施形態において、第２関節部とアクチュエータとを接続する動力伝達機構の一構成例を示す図である。
【図１１】第２の実施形態に係る観察装置を用いた手術時における、支持部と術者との位置関係を示す概略図である。
【図１２】第１及び第２の実施形態に係る観察システムを用いた手術の状況を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１８】
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．本開示に想到した背景
１−１．電子撮像式の観察装置に対する考察
１−２．関節部にアクチュエータを備える観察装置に対する考察
２．第１の実施形態
２−１．観察システム及び観察装置の構成
２−２．動力伝達機構の構成
２−３．アクチュエータについての変形例
３．第２の実施形態
３−１．観察システム及び観察装置の構成
３−２．動力伝達機構の構成
４．第１及び第２の実施形態の比較
５．使用例
６．補足
【００１９】
なお、以下では、本開示の各実施形態に係る観察装置に対して各種の操作を行うユーザのことを、便宜的に術者と記載する。ただし、当該記載は観察装置を使用するユーザを限定するものではなく、観察装置に対する各種の操作は、他の医療スタッフ等、あらゆるユーザによって実行されてよい。
【００２０】
（１．本開示に想到した背景）
本開示の好適な実施形態に係る観察装置及び観察システムの構成について詳細に説明するに先立ち、本開示をより明確なものとするために、本発明者らが本開示に想到した背景について説明する。
【００２１】
なお、以下の説明では、電子撮像式の観察装置の顕微鏡部、及び光学式の観察装置の拡大光学系のような、観察装置に設けられる術部を観察するためのユニットのことを、観察ユニットと総称することとする。
【００２２】
（１−１．電子撮像式の観察装置に対する考察）
上述したように、近年、医療用の観察装置においては、支持部の先端に術部を拡大して撮影する機能を有する顕微鏡部が設けられた、電子撮像式の観察装置が提案されている。電子撮像式の観察装置を用いて手術を行う場合には、顕微鏡部によって撮影された術部の画像が手術室内に設置された表示装置に表示され、術者は、当該表示装置の画像を見ながら手術を行う。
【００２３】
図１及び図２は、電子撮像式の観察装置を用いた手術の様子を概略的に示す図である。図１では、手術中における、観察装置の支持部８０１の先端付近の構成と、当該支持部８０１の先端に取り付けられた顕微鏡部８０２と、顕微鏡部８０２によって撮影された画像が表示される表示装置８０３と、顕微鏡部８０２による撮影範囲８０５と、の位置関係を概略的に示している。撮影範囲８０５に、観察対象である（すなわち、手術を行う対象である）患者の術部が位置することになる。
【００２４】
図１に示すように、手術中に、顕微鏡部８０２は、撮影範囲８０５の近傍、すなわち術部の近傍に位置し得る。術者は、当該術部に対して各種の処置を施すため、顕微鏡部８０２を支持する支持部８０１の構成が大きければ、処置を施す術者の手と、当該支持部８０１とが干渉してしまい、円滑な作業の妨げになる可能性がある。
【００２５】
一方、上述したように、術者は、表示装置８０３に映し出される画像を見ながら手術を行う。図２では、図１に示す構成に対して、術者８０７の頭部を模擬的に追加して図示している。支持部８０１、顕微鏡部８０２、表示装置８０３、撮影範囲８０５及び術者８０７の位置関係を考えると、図２に示すように、術者８０７は、支持部８０１及び顕微鏡部８０２越しに、表示装置８０３を見ることとなる。従って、支持部８０１の構成が大きければ、表示装置８０３を見る術者８０７の視界が当該支持部８０１によって遮られてしまい、術者８０７の円滑な作業が妨げられてしまう恐れがある。
【００２６】
このように、電子撮像式の観察装置においては、術者８０７の作業空間及び視界を確保するために、その支持部８０１の構成、特に支持部８０１の先端付近の構成には、より小型であることが求められている。小型化に対する要請は、光学式の観察装置に対しても同様に求められ得るものであるが、電子撮像式の観察装置では、上述したように術者８０７が表示装置８０３を見ながら手術を行うという使用方法が想定されるため、術者８０７の視界の確保の観点から、このような支持部８０１に対する小型化の要請はより大きいものとなる。
【００２７】
（１−２．関節部にアクチュエータを備える観察装置に対する考察）
一方、近年、観察装置においては、支持部を構成する各関節部に対してアクチュエータが設けられたものが提案されている。このような関節部にアクチュエータが設けられた観察装置では、例えば位置制御又は力制御等の各種の制御方式によって、各関節部に設けられたアクチュエータの駆動がそれぞれ制御されることにより、支持部の先端に取り付けられた観察ユニットが所望の位置及び姿勢を取るように、支持部の動作が制御される。
【００２８】
ここで、観察装置では、観察ユニットによってあらゆる角度から術部を観察することができるように、当該観察ユニットの姿勢を規定するための互いに直交する３方向の回転軸が、当該観察ユニットに対して設けられることが一般的である。ここで、顕微鏡部の姿勢とは、観察対象に対する顕微鏡部の光軸の向きを意味する。従って、これらの回転軸に対応する関節部に対してアクチュエータを設けることを考えると、観察ユニット近傍に当該アクチュエータが配置されることになるため、支持部の観察ユニット付近の構成が比較的大型化してしまうことが懸念される。
【００２９】
図３に、アクチュエータが設けられた支持部の、一般的な構成の一例を示す。図３は、アクチュエータが設けられた支持部の、一般的な構成の一例を示す図である。なお、以下の説明では、観察装置の支持部における観察ユニット付近の領域のことを、便宜的に、先端領域とも呼称する。
【００３０】
図３では、アクチュエータが設けられた一般的な支持部８２０の、先端領域の構成のみを抜き出して図示している。図３を参照すると、一般的な支持部８２０の先端領域の一構成例として、顕微鏡部８１０と、当該顕微鏡部８１０の撮影方向（光軸方向）と略平行な回転軸である第１軸Ｏ１まわりに回動可能に当該顕微鏡部８１０を保持する第１関節部８２１と、当該第１関節部８２１の側面から当該第１軸Ｏ１と略直交する方向に延伸する第１アーム部８２２と、当該第１アーム部８２２の延伸方向と略平行な回転軸である第２軸Ｏ２まわりに回動可能に第１関節部８２１を保持する第２関節部８２３と、当該第２関節部８２３の基端側に一端が固定され第１軸Ｏ１及び第２軸Ｏ２と互いに直交する方向に延伸する第２アーム部８２４と、が図示されている。図示する例では、第１アーム部８２２及び第２関節部８２３は、一体的な部材として構成されている。
【００３１】
また、図示は省略するが、第２アーム部８２４の基端側には、当該第２アーム部８２４の延伸方向と略平行な回転軸である第３軸Ｏ３まわりに回動可能に当該第２アーム部８２４を保持する第３関節部が設けられ得る。第１軸Ｏ１まわりの回転が制御されることにより、顕微鏡部８１０による撮影画像の向きが制御されることとなる。また、第２軸Ｏ２及び第３軸Ｏ３まわりの回転がそれぞれ制御されることにより、顕微鏡部８１０の姿勢が制御されることとなる。つまり、第２軸Ｏ２及び第３軸Ｏ３は、顕微鏡部８１０の姿勢を規定する回転軸であり得る。
【００３２】
第１関節部８２１及び第２関節部８２３の内部には、それぞれ、第１軸Ｏ１及び第２軸Ｏ２まわりの回転に対して駆動力を与えるアクチュエータが設けられている。なお、図３ではその他の関節部の図示を省略しているが、支持部８２０では、他の関節部に対しても同様に、アクチュエータが設けられ得る。アクチュエータが設けられる分、アクチュエータが設けられない場合に比べて、当然、第１関節部８２１及び第２関節部８２３は大型化することとなる。このように、一般的な支持部８２０では、アクチュエータが設けられることにより、先端領域の構成が大型化する傾向がある。
【００３３】
以上、本発明者らが、電子撮像式の観察装置、及び関節部にアクチュエータを備える観察装置に対して考察した内容について説明した。本発明者らが考察した結果についてまとめる。
【００３４】
以上説明したように、電子撮像式の観察装置においては、術者の作業空間及び視界を確保するために、支持部の構成、特に支持部における先端領域の構成をより小型化することが求められている。一方、図３を参照して説明したように、関節部にアクチュエータを備える観察装置における一般的な支持部の構成では、当該アクチュエータが設けられることにより、支持部の先端領域の構成が大型化してしまう傾向がある。従って、支持部の関節部にアクチュエータが設けられた電子撮像式の観察装置を用いて手術を行う場合を想定すると、術者の作業空間及び視界の確保はより困難になると考えられる。
【００３５】
しかしながら、これまで、支持部の関節部にアクチュエータが設けられた観察装置において、支持部の先端領域の構成を小型化することについては、十分に検討がなされていなかった。例えば、支持部の先端領域の構成を小型化するための方法の１つとして、アクチュエータ自体を小型化する方法が考えられる。しかしながら、一般的に、アクチュエータを構成するモータや減速機等の大きさは、当該アクチュエータに求められる出力、すなわち、各回転軸まわりでの回転に求められる駆動力に応じて決定され得る。従って、支持部に所望の動作を行わせるための所定の出力を維持するためには、アクチュエータの小型化には限界がある。
【００３６】
上記事情に鑑みて、支持部の関節部にアクチュエータが設けられた観察装置において、当該支持部の先端領域の構成をより小型化するための技術について鋭意検討した結果、本発明者らは、以下に説明する本開示の好適な実施形態に想到したのである。以下では、本発明者らが想到した本開示の好適な実施形態について説明する。
【００３７】
（２．第１の実施形態）
（２−１．観察システム及び観察装置の構成）
図４を参照して、本開示の第１の実施形態に係る観察システムの構成について説明するとともに、当該観察システムを構成する観察装置の構成について説明する。図４は、第１の実施形態に係る観察システムの一構成例を示す図である。
【００３８】
図４を参照すると、第１の実施形態に係る観察システム１は、顕微鏡部１１０を支持し、当該顕微鏡部１１０によって患者の術部を撮影する観察装置１０と、観察装置１０によって撮影された術部の映像を表示する表示装置２０と、から構成される。手術時には、術者は、観察装置１０によって撮影され表示装置２０に表示された映像を参照しながら、術部を観察し、当該術部に対して各種の処置を行う。
【００３９】
（表示装置）
表示装置２０は、上述したように、観察装置１０によって撮影された患者の術部の映像を表示する。表示装置２０は、例えば手術室の壁面等、術者によって視認され得る場所に設置される。表示装置２０の種類は特に限定されず、表示装置２０としては、例えばＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ    Ｒａｙ    Ｔｕｂｅ）ディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイ装置等、公知の各種の表示装置が用いられてよい。また、表示装置２０は、必ずしも手術室内に設置されなくてもよく、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ：Ｈｅａｄ    Ｍｏｕｎｔｅｄ    Ｄｉｓｐｌａｙ）や眼鏡型のウェアラブルデバイスのように、術者が身に付けて使用するデバイスに搭載されてもよい。
【００４０】
なお、後述するように、例えば観察装置１０の顕微鏡部１１０の撮像部１１１がステレオカメラとして構成される場合、又は高解像度の撮影が可能に構成される場合には、それに対応して、３Ｄ表示可能な、又は高解像度での表示が可能な表示装置２０が用いられ得る。
【００４１】
（観察装置）
観察装置１０は、患者の術部を拡大観察するための顕微鏡部１１０と、顕微鏡部１１０を支持する支持部１２０（アーム部１２０）と、支持部１２０の一端が接続され顕微鏡部１１０及び支持部１２０を支持するベース部１３０と、観察装置１０の動作を制御する制御装置１４０と、を備える。観察装置１０は、手術時や検査時において術者が処置する対象となる部位を顕微鏡部１１０によって拡大して観察するための、医療用観察装置である。
【００４２】
（ベース部）
ベース部１３０は、顕微鏡部１１０及び支持部１２０を支持する、観察装置１０の基台である。ベース部１３０は板状の形状を有する架台１３１と、架台１３１の下面に設けられる複数のキャスター１３２と、を有する。架台１３１の上面に支持部１２０の一端が接続され、架台１３１から延伸される支持部１２０の他端（先端）に顕微鏡部１１０が接続される。また、観察装置１０は、キャスター１３２を介して床面と接地し、当該キャスター１３２によって床面上を移動可能に構成されている。
【００４３】
なお、以下の説明では、観察装置１０が設置される床面に対して鉛直な方向をｚ軸方向と定義する。ｚ軸方向のことを上下方向又は垂直方向とも呼称する。また、ｚ軸方向と互いに直交する２方向を、それぞれ、ｘ軸方向及びｙ軸方向と定義する。ｘ−ｙ平面と平行な方向のことを水平方向とも呼称する。
【００４４】
（顕微鏡部）
顕微鏡部１１０は、患者の術部を拡大観察するための顕微鏡鏡体によって構成される。図示する例では、顕微鏡部１１０の光軸方向は、ｚ軸方向と略一致している。顕微鏡部１１０は、電子撮像式の顕微鏡部に対応する構成を有しており、略円筒形状を有する筒状部１１２と、筒状部１１２内に設けられる撮像部１１１と、から構成される。また、撮像部１１１は、対物レンズ、ズームレンズ等の光学系と、当該光学系を通過した光により被写体（すなわち術部）の像を撮影する撮像素子と、から構成される。
【００４５】
筒状部１１２の下端の開口面には、撮像部１１１を保護するためのカバーガラスが設けられる。筒状部１１２の内部には、光源も設けられており、撮影時には、当該光源からカバーガラス越しに被写体に対して照明光が照射される。当該照明光の被写体での反射光が、カバーガラスを介して撮像部１１１に入射することにより、当該撮像部１１１によって術部の映像を示す信号（映像信号）が取得される。
【００４６】
顕微鏡部１１０としては、各種の公知の電子撮像式の顕微鏡部に対応する構成が適用されてよいため、ここではその詳細な説明は省略する。例えば、撮像部１１１の撮像素子としては、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ    Ｃｏｕｐｌｅｄ    Ｄｅｖｉｃｅ）センサやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ    Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサ等の各種の公知の撮像素子が適用されてよい。また、撮像部１１１は、１対の撮像素子を備えた、いわゆるステレオカメラとして構成されてもよい。また、撮像部１１１の光学系についても、各種の公知の構成が適用され得る。更に、撮像部１１１には、ＡＦ（Ａｕｔｏ    Ｆｏｃｕｓ）機能や光学ズーム機能等の、一般的に電子撮像式の顕微鏡部に備えられる各種の機能が搭載され得る。
【００４７】
また、撮像部１１１は、例えば４Ｋ、８Ｋ等の、高解像度での撮影が可能に構成されてもよい。撮像部１１１が高解像度での撮影が可能に構成されることにより、所定の解像度（例えば、Ｆｕｌｌ    ＨＤ画質）を確保しつつ、例えば５０インチ以上の大画面の表示装置２０に映像を表示させることが可能になるため、術者の視認性が向上する。また、電子ズーム機能によって適宜拡大して映像を表示しても、所定の解像度を確保することが可能になる。これにより、顕微鏡部１１０にそこまでの光学ズーム機能が求められなくなり、顕微鏡部１１０の光学系をより簡易にすることが可能となるため、顕微鏡部１１０をより小型に構成することが可能になる。
【００４８】
顕微鏡部１１０によって取得された映像信号は制御装置１４０に送信され、当該制御装置１４０において、当該映像信号に対して、例えばガンマ補正、ホワイトバランスの調整、電子ズーム機能に係る拡大及び画素間補正等、各種の画像処理が行われる。当該画像処理では、映像を表示するために一般的に行われる各種の画像処理が行われてよい。各種の画像処理が行われた映像信号が、手術室に設けられる表示装置２０に送信され、当該表示装置２０に、術部の画像が、例えば光学ズーム機能及び／又は電子ズーム機能によって所望の倍率に適宜拡大されて表示される。なお、制御装置１４０と表示装置２０との間の通信は、有線又は無線の公知の各種の方式で実現されてよい。
【００４９】
なお、顕微鏡部１１０に上記の画像処理を行うための処理回路が設けられていてもよく、上記の画像処理は、制御装置１４０によって行われず、顕微鏡部１１０の当該処理回路によって行われてもよい。この場合、顕微鏡部１１０に搭載される処理回路において適宜画像処理が施された後の画像情報が、顕微鏡部１１０から手術室に設けられる表示装置２０に送信され得る。また、この場合、顕微鏡部１１０と表示装置２０との間の通信は、有線又は無線の公知の各種の方式で実現されてよい。
【００５０】
顕微鏡部１１０の外側面には、顕微鏡部１１０の動作を制御するための各種のスイッチが設けられる。例えば、顕微鏡部１１０には、当該顕微鏡部１１０の撮影条件を調整するためのズームスイッチ１５１（ズームＳＷ１５１）及びフォーカススイッチ１５２（フォーカスＳＷ１５２）、並びに、支持部１２０の動作モードを変更するための動作モード変更スイッチ１５３（動作モード変更ＳＷ１５３）が設けられる。
【００５１】
術者は、ズームＳＷ１５１及びフォーカスＳＷ１５２を操作することにより、顕微鏡部１１０の倍率及び焦点距離を、それぞれ調整することができる。また、術者は、動作モード変更ＳＷ１５３を操作することにより、支持部１２０の動作モードを、固定モード及びフリーモードのいずれかに切り替えることができる。
【００５２】
ここで、固定モードは、支持部１２０に設けられる各回転軸における回転がブレーキにより規制されることにより、顕微鏡部１１０の位置及び姿勢が固定される動作モードである。フリーモードは、ブレーキが解除されることにより、支持部１２０に設けられる各回転軸における回転が自由に可能な状態であり、術者による直接的な操作によって顕微鏡部１１０の位置及び姿勢を調整可能な動作モードである。ここで、直接的な操作とは、術者が例えば手で顕微鏡部１１０を把持し、当該顕微鏡部１１０を直接移動させる操作のことを意味する。例えば、術者が動作モード変更ＳＷ１５３を押下している間は支持部１２０の動作モードがフリーモードとなり、術者が動作モード変更ＳＷ１５３から手を離している間は支持部１２０の動作モードが固定モードとなる。
【００５３】
なお、これらのスイッチは必ずしも顕微鏡部１１０に設けられなくてもよい。第１の実施形態では、これらのスイッチと同等の機能を有する、操作入力を受け付けるための機構が観察装置１０に設けられればよく、当該機構の具体的な構成は限定されない。例えば、これらのスイッチは、観察装置１０の他の部位に設けられてもよい。また、例えば、リモコンやフットスイッチ等の入力装置を用いて、これらのスイッチに対応する命令が、遠隔的に観察装置１０に対して入力されてもよい。
【００５４】
また、簡単のため、図４では顕微鏡部１１０の筒状部１１２を簡易的に単純な円筒形状の部材として図示しているが、筒状部１１２には、術者によって把持される把持部が設けられ得る。当該把持部は、術者が把持する取っ手等の構造が、筒状部１１２の外周に形成されることによって実現され得る。あるいは、当該把持部は、筒状部１１２の形状が、術者によって把持されやすい形状に形成されることによって実現され得る。例えば、上記のように、フリーモード時には、術者が筒状部１１２を直接手で握った状態で、顕微鏡部１１０を移動させる操作が想定され得る。この際、術者は、動作モード変更ＳＷ１５３を押下しながら、顕微鏡部１１０を移動させる操作を行うこととなるため、筒状部１１２の形状及び動作モード変更ＳＷ１５３の配置位置は、フリーモード時の術者の操作性を考慮して適宜決定され得る。また、ズームＳＷ１５１及びフォーカスＳＷ１５２の配置位置も、同様に、術者の操作性を考慮して適宜決定されてよい。
【００５５】
（制御装置）
制御装置１４０は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ    Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ    Ｕｎｉｔ）やＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ    Ｓｉｇｎａｌ    Ｐｏｃｅｓｓｏｒ）等のプロセッサ、又はこれらのプロセッサと記憶素子等がともに搭載された制御基板等であり得る。所定のプログラムに従った演算処理を実行することにより、観察装置１０の動作を制御する。制御装置１４０を構成するプロセッサが所定のプログラムに従って演算処理を実行することにより、制御装置１４０における各機能が実現される。
【００５６】
例えば、制御装置１４０は、後述する支持部１２０を構成する各関節部（第１関節部２１０〜第６関節部２６０）に対して設けられるアクチュエータ３２１〜３２６の駆動を制御することにより、各関節部における回転角度を制御し、支持部１２０の動作を制御する。後述するように、アクチュエータ３２１〜３２６には、それぞれ、各関節部の回転角度を検出するためのエンコーダ、及び各関節部に作用するトルクを検出するトルクセンサが設けられる。制御装置１４０は、これらエンコーダ及びトルクセンサの検出値に基づいて、支持部１２０の現在の状態（位置、姿勢及び速度等）を把握し、把握した支持部１２０の状態に基づいて、術者によって指示された支持部１２０の動作を実現するための各関節部の制御量（例えば、制御方式が力制御であれば回転トルク）を算出することができる。当該制御量に従って各関節部が駆動されることにより、支持部１２０の制御がなされる。
【００５７】
支持部１２０の動作は、好適に力制御によって制御される。例えば、力制御によって、術者による直接的な操作（術者が例えば手で顕微鏡部１１０を把持し、当該顕微鏡部１１０を直接移動させる操作）に応じて、当該支持部１２０に加えられた力の方向に当該支持部１２０が移動するように、当該支持部１２０の動作が制御され得る。このような、いわゆるパワーアシスト動作を実行するように支持部１２０の動作が制御されることにより、術者はより小さな力で直感的に支持部１２０を動かすことができるようになり、術者の操作性が向上する。ただし、支持部１２０の制御方式は特に限定されず、支持部１２０の動作は、例えば位置制御等、各種の制御方式によって制御されてよい。支持部１２０の動作が位置制御によって制御される場合には、観察装置１０には、支持部１２０を操作するためのコントローラ等の入力装置が設けられ得る。支持部１２０の具体的な制御方法としては、各種の公知な方法が用いられてよいため、その詳細な説明は省略する。
【００５８】
また、例えば、制御装置１４０は、上記動作モード変更ＳＷ１５３を介した術者の操作入力に応じて、支持部１２０の各関節部に設けられるブレーキの駆動を制御することにより、上述した支持部１２０の動作モードを切り替える機能を有する。また、例えば、制御装置１４０は、上記ズームＳＷ１５１及びフォーカスＳＷ１５２を介した術者の操作入力に応じて、顕微鏡部１１０の撮像部１１１の光学系を適宜駆動させ、顕微鏡部１１０の倍率及び焦点距離を調整する機能を有する。また、例えば、制御装置１４０は、顕微鏡部１１０の撮像部１１１に搭載される撮像素子の駆動を制御し、撮影の開始や終了のタイミングを制御する。また、制御装置１４０は、顕微鏡部１１０によって取得された映像信号に対して各種の画像処理を施し、処理後の映像信号に基づく映像を表示装置２０に表示させる機能を有する。その他、制御装置１４０は、一般的な観察装置の制御装置に備えられる各種の機能を有してよい。
【００５９】
ここで、観察装置１０における各構成間での通信（例えば、顕微鏡部１１０と制御装置１４０との間の通信、及び後述する支持部１２０の各関節部２１０〜２６０のアクチュエータ３２１〜３２６と制御装置１４０との間の通信等）は、例えば、ケーブルを介して有線で行われる。当該ケーブルは、制御装置１４０と各関節部２１０〜２６０との間、及び制御装置１４０と顕微鏡部１１０との間に延設されることとなるため、当該ケーブルが外部に露出していると、術者の作業空間及び視界の妨げになる恐れがある。従って、第１の実施形態では、当該ケーブルは、支持部１２０の内部に延設されることが好ましい。これにより、当該ケーブルによって術者の作業空間や視界が遮られる事態を回避することができ、術者の利便性が向上する。
【００６０】
なお、図示する例では、制御装置１４０は、顕微鏡部１１０、支持部１２０及びベース部１３０とは異なる構成として設けられ、ケーブルによってベース部１３０と接続されているが、第１の実施形態はかかる例に限定されない。例えば、制御装置１４０と同様の機能を実現するプロセッサや制御基板等が、ベース部１３０内に配置されてもよい。また、制御装置１４０と同様の機能を実現するプロセッサや制御基板等が顕微鏡部１１０の内部に組み込まれることにより、制御装置１４０と顕微鏡部１１０とが一体的に構成されてもよい。あるいは、プロセッサや制御基板等が、支持部１２０を構成する各関節部にそれぞれ配置され、これら複数のプロセッサや制御基板等が互いに協働することにより、制御装置１４０と同様の機能が実現されてもよい。
【００６１】
（支持部）
支持部１２０は、顕微鏡部１１０を保持し、顕微鏡部１１０を３次元的に移動させるとともに、移動後の顕微鏡部１１０の位置及び姿勢を固定する。第１の実施形態では、支持部１２０は、６自由度を有するバランスアームとして構成されている。ただし、第１の実施形態はかかる例に限定されず、支持部１２０は他の異なる数の自由度を有するように構成されてもよい。支持部１２０をバランスアームとして構成し、顕微鏡部１１０及び支持部１２０全体としてモーメントの釣り合いが取れた構成とすることにより、術者は、直接的な操作においてあたかも無重力であるかのようなより小さい力で顕微鏡部１１０を移動させることが可能となり、当該術者の操作性をより向上させることができる。
【００６２】
支持部１２０には、６自由度に対応する６つの回転軸（第１軸Ｏ１、第２軸Ｏ２、第３軸Ｏ３、第４軸Ｏ４、第５軸Ｏ５及び第６軸Ｏ６）が設けられる。本明細書では、説明のため便宜的に、各回転軸を構成し、各部材間を回動可能に接続する部位のことを、関節部と呼称することとする。例えば、関節部は、軸受、及び当該軸受に回動可能に挿通されるシャフト等によって構成され得る。後述する平行四辺形リンク機構２４０も、関節部の一つとみなすことができる。
【００６３】
支持部１２０は、各回転軸に対応する第１関節部２１０、第２関節部２２０、第３関節部２３０、第４関節部２４０、第５関節部２５０、及び第６関節部２６０と、これら第１関節部２１０〜第６関節部２６０によって互いに回動可能に接続される第１アーム部２７１、第２アーム部２７２、第３アーム部２７３、第４アーム部２７４、及び第５アーム部２７５と、顕微鏡部１１０及び支持部１２０全体としてのモーメントの釣り合いを取るためのカウンターウエイト２８０と、によって構成される。ただし、第４関節部２４０は、平行四辺形リンク機構２４０に対応している。
【００６４】
なお、以下の説明では、支持部１２０の構成について説明する際に、顕微鏡部１１０が設けられる側を先端側又は先端部等とも呼称し、ベース部１３０に近い側を基端側又は基端部等とも呼称することとする。
【００６５】
第１関節部２１０は、略円筒形状を有し、その中心軸が顕微鏡部１１０の筒状部１１２の中心軸と略一致するように、顕微鏡部１１０の筒状部１１２の基端部に接続される。第１関節部２１０は、顕微鏡部１１０の光軸と略一致する方向を回転軸方向（第１軸Ｏ１方向）として、顕微鏡部１１０を回動可能に支持する。図１に示す例では、第１軸Ｏ１は、ｚ軸と略平行な回転軸として設けられている。第１関節部２１０によって第１軸Ｏ１まわりに顕微鏡部１１０が回動することにより、顕微鏡部１１０による撮像画像の向きが調整されることとなる。
【００６６】
なお、図示する例では、第１関節部２１０を構成する略円筒形状の筐体内に、顕微鏡部１１０の撮像部１１１の一部が格納されている。すなわち、顕微鏡部１１０及び第１関節部２１０が一体的な部材として構成されている。ただし、第１の実施形態はかかる例に限定されず、第１関節部２１０及び顕微鏡部１１０は、互いに別個の部材として構成されてもよい。
【００６７】
第１関節部２１０には、第１軸Ｏ１とは略垂直な方向に延伸する第１アーム部２７１の先端が接続される。また、第１アーム部２７１の基端には、当該第１アーム部２７１の延伸方向と略平行な方向を回転軸方向（第２軸Ｏ２方向）として第１アーム部２７１を回動可能に支持する第２関節部２２０が設けられる。第２軸Ｏ２は、第１軸Ｏ１とは略垂直な回転軸であり、図１に示す例ではｙ軸と略平行な回転軸として設けられている。第２関節部２２０によって、第２軸Ｏ２を回転軸として顕微鏡部１１０及び第１アーム部２７１が回動することにより、顕微鏡部１１０のｘ軸方向の位置が調整されることとなる。
【００６８】
第２関節部２２０には、第１軸Ｏ１及び第２軸Ｏ２と互いに略垂直な方向に延伸する第２アーム部２７２の先端が接続される。この第２アーム部２７２の基端には、当該第２アーム部２７２の延伸方向と略平行な方向を回転軸方向（第３軸Ｏ３方向）として第２アーム部２７２を回動可能に支持する第３関節部２３０が設けられる。なお、この際、図示するように、第２アーム部２７２と第３関節部２３０とは、両者の中心軸がずれた状態で接続される。つまり、第２アーム部２７２と第３関節部２３０との接続部位は、いわゆるクランク形状を構成する。
【００６９】
第３軸Ｏ３は、第１軸Ｏ１及び第２軸Ｏ２と略垂直な回転軸であり、図１に示す例ではｘ軸と略平行な回転軸として設けられている。第３関節部２３０によって、第３軸Ｏ３を回転軸として顕微鏡部１１０、第１アーム部２７１及び第２アーム部２７２が回動することにより、顕微鏡部１１０のｙ軸方向の位置が調整されることとなる。
【００７０】
このように、支持部１２０は、第２軸Ｏ２及び第３軸Ｏ３まわりの回転がそれぞれ制御されることにより、顕微鏡部１１０の姿勢が制御されるように構成される。つまり、第２関節部２２０及び第３関節部２３０は、顕微鏡部１１０の姿勢を規定する関節部であり得る。
【００７１】
第３関節部２３０には、第３軸Ｏ３と略平行な方向に延伸する第３アーム部２７３の先端が接続される。また、第３アーム部２７３の基端には、平行四辺形リンク機構２４０の上辺の先端が接続される。
【００７２】
平行四辺形リンク機構２４０は、平行四辺形の形状に配置される４つのアーム（アーム２４１、２４２、２４３、２４４）と、当該平行四辺形の略頂点に対応する位置にそれぞれ設けられる４つの回転部（回転部２４５、２４６、２４７、２４８）と、によって構成される。回転部２４５〜２４８は、２つの部材を互いに回動可能に接続する機構である。
【００７３】
第３アーム部２７３の基端に対して、第３軸Ｏ３と略平行な方向に延伸するアーム２４１の先端が接続される。アーム２４１の先端付近には回転部２４５が、基端付近には回転部２４６がそれぞれ設けられる。回転部２４５、２４６には、アーム２４１の延伸方向と略垂直な、互いに略平行な回転軸（第４軸Ｏ４）まわりに回動可能に、それぞれ、アーム２４２、２４３の先端が接続される。更に、アーム２４２、２４３の基端には、それぞれ、回転部２４７、２４８が設けられる。これら回転部２４７、２４８には、第４軸Ｏ４まわりに回動可能に、かつ、アーム２４１に対して略平行に、アーム２４４の先端及び基端がそれぞれ接続される。
【００７４】
このように、平行四辺形リンク機構２４０を構成する４つの回転部２４５〜２４８は、互いに略平行な略同一方向の回転軸（第４軸Ｏ４）を有し、当該第４軸Ｏ４まわりに互いに連動して動作する。図１に示す例では、第４軸Ｏ４は、ｙ軸と略平行な回転軸として設けられている。つまり、平行四辺形リンク機構２４０は、互いに異なる位置に配置され同一方向の回転軸で互いに連動して回転する複数の回転部を有するように構成され、一端での動作を他端に伝達する伝達機構として振る舞う。
【００７５】
アーム２４２の基端から所定の距離離れた部位には、当該アーム２４２の延伸方向と垂直な方向を回転軸方向（第５軸Ｏ５方向）として、平行四辺形リンク機構２４０を回動可能に支持する第５関節部２５０が設けられる。第５軸Ｏ５は、第４軸Ｏ４と略平行な回転軸であり、図１に示す例ではｙ軸と略平行な回転軸として設けられている。第５関節部２５０には、ｚ軸方向に延設する第４アーム部２７４の先端が接続される。当該構成により、第５関節部２５０を介して、平行四辺形リンク機構２４０よりも先端側の構成が、第５軸Ｏ５を回転軸として第４アーム部２７４に対して回動する。
【００７６】
第４アーム部２７４は略Ｌ字型の形状を有しており、その基端側は、床面と略平行になるように折り曲げられている。第４アーム部２７４の当該床面と略平行な面には、鉛直方向と平行な回転軸（第６軸Ｏ６）まわりに第４アーム部２７４を回動可能な第６関節部２６０が接続される。
【００７７】
図示する例では、第６関節部２６０は、鉛直方向に延伸する第５アーム部２７５と一体的に構成されている。すなわち、第５アーム部２７５の先端が、第４アーム部２７４の基端の床面と略平行な面に接続される。また、第５アーム部２７５の基端は、ベース部１３０の架台１３１の上面に接続される。当該構成により、第６関節部２６０を介して、第４アーム部２７４よりも先端側の構成が、第６軸Ｏ６を回転軸としてベース部１３０に対して回動する。
【００７８】
平行四辺形リンク機構２４０の下辺を構成するアーム２４４は、上辺を構成するアーム２４１よりも長尺に形成されており、当該アーム２４４の、平行四辺形リンク機構２４０の第３関節部２３０が接続される部位と対角に位置する端は、平行四辺形リンク機構２４０の外部に延出されている。延出されたアーム２４４の端には、カウンターウエイト２８０が設けられる。カウンターウエイト２８０は、自身よりも先端側に配置される各構成（すなわち、顕微鏡部１１０、第１関節部２１０、第２関節部２２０、第３関節部２３０、第１アーム部２７１、第２アーム部２７２、第３アーム部２７３及び平行四辺形リンク機構２４０）の質量によって、第４軸Ｏ４まわりに発生する回転モーメント及び第５軸Ｏ５まわりに発生する回転モーメントを相殺可能なように、その質量及び配置位置が調整されている。
【００７９】
また、第５関節部２５０の配置位置は、当該第５関節部２５０よりも先端側に配置される各構成の重心が第５軸Ｏ５上に位置するように調整されている。更に、第６関節部２６０の配置位置は、当該第６関節部２６０よりも先端側に配置される各構成の重心が第６軸Ｏ６上に位置するように調整されている。カウンターウエイト２８０の質量及び配置位置、第５関節部２５０の配置位置、及び第６関節部２６０の配置位置がこのように構成されることにより、支持部１２０は、顕微鏡部１１０及び支持部１２０全体としてモーメントの釣り合いが取れたバランスアームとして構成され得る。
【００８０】
ここで、第１の実施形態では、支持部１２０における各回転軸（第１軸Ｏ１〜第６軸Ｏ６）まわりの部材の回転が、アクチュエータによって駆動可能に構成される。従って、第１関節部２１０〜第６関節部２６０には、それぞれ、各回転軸まわりの回転に対して駆動力を与えるためのアクチュエータ３２１、３２２、３２３、３２４、３２５、３２６が設けられる。
【００８１】
図示する例では、第１軸Ｏ１、第３軸Ｏ３、第５軸Ｏ５及び第６軸Ｏ６に対しては、それぞれ、第１関節部２１０、第３関節部２３０、第５関節部２５０及び第６関節部２６０の内部に、アクチュエータ３２１、３２３、３２５、３２６が備えられる。また、第４関節部２４０に対応する平行四辺形リンク機構２４０においては、４つの回転部（回転部２４５〜２４８）が互いに連動して回転するため、これら回転部２４５〜２４８のいずれかにアクチュエータ３２４が設けられる。図示する例では、回転部２４５にアクチュエータ３２４が設けられている（厳密にはアクチュエータ３２４はアーム２４１内に設けられ得るが、図４では簡単のため図示を省略している）。ただし、第１の実施形態はかかる例に限定されず、平行四辺形リンク機構２４０においては、他の回転部２４６〜２４８のいずれかにアクチュエータ３２４が設けられてもよい。
【００８２】
一方、図示するように、第２軸Ｏ２に対しては、当該第２関節部２２０と離隔した位置にアクチュエータ３２２が設けられている。具体的には、アクチュエータ３２２は、第２アーム部２７２の基端部に配置されており、第２関節部２２０は、第２アーム部２７２の先端部に配置されている。そして、第２関節部２２０とアクチュエータ３２２とは、第２アーム部２７２の内部に設けられる動力伝達機構（図示せず）によって接続され、当該動力伝達機構によって、アクチュエータ３２２の駆動力が第２関節部２２０に伝達される。第１の実施形態では、このように、第２関節部２２０と、当該第２関節部２２０における第２軸Ｏ２まわりの回転に対して駆動力を与えるアクチュエータ３２２とが、動力伝達機構を介して互いに離隔して配置される。当該構成によれば、第２関節部２２０からより離れた位置にアクチュエータ３２２を配置することができるため、第２関節部２２０、すなわち、先端領域の構成を小型化することが可能になる。従って、術者の作業空間及び術者の視界を、より良好に確保することが可能になる。
【００８３】
また、第１の実施形態では、このとき、第２関節部２２０とアクチュエータ３２２とを接続する動力伝達機構として、互いに略直交する２つの回転軸間において回転運動を伝達可能な動力伝達機構が用いられる。これにより、第２関節部２２０における回転軸である第２軸Ｏ２とアクチュエータ３２２の駆動軸（以下、便宜的に回転軸ともいう）とが、互いに直交するように、アクチュエータ３２２を配置することが可能となる。つまり、アクチュエータ３２２は、第２アーム部２７２の延伸方向と略平行な方向にその回転軸が向くように、配置され得る。これにより、アクチュエータ３２２の、第２アーム部２７２の延伸方向と略直交する方向への突出量を抑えることができる。
【００８４】
下記（４．第１及び第２の実施形態の比較）で詳細に説明するように、第２アーム部２７２の延伸方向と略直交する方向にその回転軸が向くようにアクチュエータ３２２が配置されると、当該アクチュエータ３２２が術者の身体に向かって突出する可能性があるため、術者の作業の妨げになる恐れがある。第１の実施形態のように、第２軸Ｏ２とアクチュエータ３２２の回転軸とが互いに略直交するようにアクチュエータ３２２を配置することにより、このような突出部位をほぼなくすことができるため、術者にとっての利便性をより向上させることができる。
【００８５】
また、図示は省略しているが、第１関節部２１０〜第６関節部２６０には、各関節部の回転を停止するブレーキが設けられ得る。なお、第４関節部２４０、すなわち平行四辺形リンク機構２４０については、４つの回転部２４５〜２４８が互いに連動して回転するため、これら回転部２４５〜２４８の少なくともいずれかにブレーキが設けられる。なお、当該ブレーキは、第１関節部２１０〜第６関節部２６０に対応するアクチュエータ３２１〜３２６の内部にそれぞれ設けられてもよい。
【００８６】
これらのブレーキの駆動は、制御装置１４０によって制御される。動作モード変更ＳＷ１５３を介して支持部１２０の動作モードを固定モードに移行する旨の指示が入力された際には、制御装置１４０からの制御により、これらのブレーキが一斉に起動され、対応する各回転軸が拘束される。また、動作モード変更ＳＷ１５３を介して支持部１２０の動作モードをフリーモードに移行する旨の指示が入力された際には、制御装置１４０からの制御により、これらのブレーキが一斉に解除される。
【００８７】
これらのブレーキとしては、例えば無励磁作動型の電磁ブレーキのような、通電時にブレーキが解除され、非通電時にブレーキが作用するものが好適に用いられる。これにより、停電等の非常時であっても、支持部１２０がその姿勢を保つことが可能になる。また、ブレーキを作動させている固定モード時に通電させる必要が無いため、消費電力を低減させることが可能になる。ただし、第１の実施形態はかかる例に限定されず、これらの電子制御ブレーキ機構としては、一般的なバランスアームに用いられる各種のブレーキ機構が適用されてよい。例えば、これらの電子制御ブレーキ機構は、電磁ブレーキであってもよいし、機械的に駆動するものであってもよい。
【００８８】
ここで、第１の実施形態では、アクチュエータ３２１〜３２６として、力制御に従ったサーボ機構が実現され得るものが用いられる。図５は、図４に示すアクチュエータ３２１〜３２６の一構成例を示す断面図である。なお、アクチュエータ３２１〜３２６はいずれも略同様の構成を有しているため、図５では、一例として、第２関節部２２０を回転駆動させるアクチュエータ３２２の構成を図示している。また、図５では、アクチュエータ３２２の回転軸を通る断面の様子を示している。
【００８９】
図５を参照すると、アクチュエータ３２２は、モータ３３１、モータドライバ３３２、減速機３３３、エンコーダ３３４及びトルクセンサ３３５を有する。
【００９０】
モータ３３１は、アクチュエータ３２２における原動機であり、回転トルクを発生させる。モータ３３１としては、一般的にサーボモータとして用いられる各種のモータが用いられ得る。例えば、モータ３３１は、ブラシレスＤＣモータである。
【００９１】
モータドライバ３３２は、モータ３３１に電流を供給することによりモータ３３１を回転駆動させるドライバ回路（ドライバＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ    Ｃｉｒｃｕｉｔ））である。モータドライバ３３２は、制御装置１４０によって算出された第２関節部２２０の制御量に従って、モータ３３１に供給する電流量を調整し、モータ３３１を回転させる。
【００９２】
減速機３３３は、モータ３３１の出力側の駆動軸（出力軸）に設けられ、モータ３３１によって生じた出力軸の回転を所定の減速比で減速することにより、所定の回転トルクを発生させる。高精度な位置決めのため、減速機３３３としては、バックラッシレス型の高性能な減速機が用いられることが好ましい。また、安全の観点から、第２関節部２２０の回転速度が大きくなり過ぎないように、減速機３３３としては、例えば減速比が１／１００程度の、比較的大きな減速比を有するものが用いられることが好ましい。減速機３３３としては、これらの要請を満たし得るものとして、例えば、ハーモニックドライブ（登録商標）が用いられ得る。減速機３３３によって生成された回転トルクが、上述した動力伝達機構を介して第２関節部２２０に伝達され、当該第２関節部２２０が回転される。
【００９３】
エンコーダ３３４は、モータ３３１の入力側の駆動軸（入力軸）に設けられ、当該入力軸の回転数を検出する。エンコーダ３３４による検出値は、制御装置１４０に送信され、支持部１２０の状態を把握するために用いられる。具体的には、制御装置１４０は、エンコーダ３３４によって検出された入力軸の回転数、減速機３３３の減速比、及び動力伝達機構のギア比等の関係に基づいて、第２関節部２２０の回転角度、回転角速度及び回転角加速度等の情報を得ることができる。
【００９４】
トルクセンサ３３５は、減速機３３３の出力軸に設けられ、減速機３３３によって生成されるトルク、すなわち、アクチュエータ３２２によって発生される回転トルク（発生トルク）を検出する。また、トルクセンサ３３５は、アクチュエータ３２２による発生トルクだけでなく、外部から加えられる外トルクも検出することができる。トルクセンサ３３５による検出値は、制御装置１４０に送信され、支持部１２０の状態を把握するために用いられる。
【００９５】
なお、図５に示す構成例は、力制御に対応するものである。第２関節部２２０の駆動制御が位置制御に従って行われる場合には、アクチュエータ３２２には、トルクセンサ３３５は必ずしも設けられなくてもよい。
【００９６】
（２−２．動力伝達機構の構成）
図６を参照して、第２関節部２２０とアクチュエータ３２２とを接続する動力伝達機構の構成についてより詳細に説明する。図６は、第１の実施形態において、第２関節部２２０とアクチュエータ３２２とを接続する動力伝達機構の一構成例を示す図である。図６では、図４に示す観察装置１０の支持部１２０の構成のうち、第２関節部２２０、第２アーム部２７２及びアクチュエータ３２２近傍の構成のみを抜き出して図示している。また、図６では、第２アーム部２７２の内部に設けられる構成を表すために、模擬的に、第２アーム部２７２の側壁を透過して図示している。
【００９７】
図６を参照すると、第２関節部２２０は、第２アーム部２７２の先端側に、第２軸Ｏ２が当該第２アーム部２７２の延伸方向と略直交するように配置されている。また、アクチュエータ３２２は、第２アーム部２７２の基端側に、当該アクチュエータ３２２の回転軸が当該第２アーム部２７２の延伸方向と略平行となるように配置されている。
【００９８】
第２アーム部２７２の内部に設けられる動力伝達機構３３０は、アクチュエータ３２２の回転軸と略平行な方向（すなわち、第２アーム部２７２の延伸方向）に沿って延伸し、アクチュエータ３２２の回転軸に一端が接続され当該回転軸と同軸で回転するドライブシャフト２３５と、当該ドライブシャフト２３５の他端に設けられ、アクチュエータ３２２の回転軸と同軸で回転する第１のかさ歯車２３３と、第１のかさ歯車２３３と歯合し、第２関節部２２０に対応する第２軸Ｏ２と同軸で回転する第２のかさ歯車２３１と、を含む。このように、第１の実施形態では、アクチュエータ３２２の回転軸の回転が、第１のかさ歯車２３３及び第２のかさ歯車２３１によって第２関節部２２０に伝達される。
【００９９】
このとき、第２アーム部２７２の延伸方向に沿って延伸するドライブシャフト２３５によって、アクチュエータ３２２の回転軸の回転が第１のかさ歯車２３３まで伝達されるため、アクチュエータ３２２と第２関節部２２０との間に、所定の距離を設けることができる。従って、アクチュエータ３２２を支持部１２０の先端領域から遠ざけて配置することができるため、当該先端領域の構成をより小型化することが可能になる。
【０１００】
また、第１のかさ歯車２３３及び第２のかさ歯車２３１を用いることにより、互いに直交する２つの回転軸の間で回転を伝達することができる。従って、動力伝達機構３３０によれば、アクチュエータ３２２を、その回転軸が第２アーム部２７２の延伸方向と略平行となるように配置することが可能になる。従って、アクチュエータ３２２の第２アーム部２７２の延伸方向と略直交する方向への突出量を抑えることができ、突出した当該アクチュエータ３２２が術者の身体と干渉し、術者の円滑な作業を妨げる事態を回避することができる。
【０１０１】
更に、図示するように、動力伝達機構３３０には、バックラッシレス機構２３７、スラスト軸受２３９、リニアガイド２５１、２５３及びオルダムカップリング２５５等の構成が設けられ得る。
【０１０２】
バックラッシレス機構２３７は、ドライブシャフト２３５の端部に設けられ、第１のかさ歯車２３３と第２のかさ歯車２３１との間のクリアランスを減少させる方向に（すなわち、第１のかさ歯車２３３を第２のかさ歯車２３１に向かって押し付ける方向に）第１のかさ歯車２３３を付勢するバネによって構成される。当該バネによって第１のかさ歯車２３３が第２のかさ歯車２３１に向かって押し付けられることにより、第１のかさ歯車２３３と第２のかさ歯車２３１との間のクリアランスが小さくなるため、第１のかさ歯車２３３と第２のかさ歯車２３１との噛み合いにおけるバックラッシの発生が抑制される。
【０１０３】
電子撮像式の観察装置１０では、顕微鏡部１１０によって高倍率で術部を撮影する場合があるため、支持部１２０の駆動においてバックラッシが発生すると、顕微鏡部１１０の高精度な位置決めが困難となり、所望の部位をスムーズに観察できなくなってしまう恐れがある。図示する構成例では、動力伝達機構３３０にバックラッシレス機構２３７を設けることにより、バックラッシの発生を抑えることができ、顕微鏡部１１０の位置をより高精度に制御することが可能になる。
【０１０４】
しかしながら、バックラッシレス機構２３７が設けられることにより、第１のかさ歯車２３３と第２のかさ歯車２３１との間のクリアランスが小さくなるため、第１のかさ歯車２３３及び第２のかさ歯車２３１の回転時に、歯面同士が強く押圧されることとなり、第１のかさ歯車２３３及び当該第１のかさ歯車２３３が接続されるドライブシャフト２３５には、ドライブシャフト２３５の延伸方向に向かって力が負荷されることとなる。そこで、図示する構成例では、ドライブシャフト２３５に対して、当該ドライブシャフト２３５の延伸方向への移動をガイドするリニアガイド２５１、２５３が設けられている。
【０１０５】
リニアガイド２５１、２５３としては、各種の公知のものが用いられてよい。例えば、リニアガイド２５１、２５３は、ドライブシャフト２３５が挿通される開口部が設けられた板状の部材に対して、当該開口部の内周（すなわちドライブシャフト２３５の外周と接触する部位）に、ドライブシャフト２３５の挿通方向への滑りを実現する軸受が取り付けられて構成される。リニアガイド２５１、２５３が設けられることにより、第１のかさ歯車２３３及び第２のかさ歯車２３１の回転に伴うドライブシャフト２３５の延伸方向への移動が円滑に行われるようになるため、結果的に、第１のかさ歯車２３３及び第２のかさ歯車２３１の回転が円滑になり、支持部１２０の動作が滑らかに行われるようになる。従って、顕微鏡部１１０の位置決めの精度が向上する。また、支持部１２０を動作させる際の操作性が向上する。
【０１０６】
更に、ドライブシャフト２３５には、スラスト軸受２３９が設けられてもよい。スラスト軸受２３９により、第１のかさ歯車２３３及び当該第１のかさ歯車２３３の回転に伴いドライブシャフト２３５に対して負荷されるスラスト荷重による、当該ドライブシャフト２３５の回転時の摩擦ロスが抑制され、第１のかさ歯車２３３及び第２のかさ歯車２３１の回転をより円滑にすることができる。
【０１０７】
また、アクチュエータ３２２の回転軸とドライブシャフト２３５との接続には、オルダムカップリング２５５が用いられてよい。オルダムカップリング２５５の具体的な構成としては、各種の公知のものを用いることができる。オルダムカップリング２５５を採用することにより、アクチュエータ３２２の回転軸とドライブシャフト２３５との間での回転の伝達がより円滑に行われる、すなわち、アクチュエータ３２２の動力がより円滑に第２関節部２２０に伝達されることとなる。
【０１０８】
以上、図４を参照して、第１の実施形態に係る観察システム１及び観察装置１０の構成について説明した。また、図６を参照して、第２関節部２２０とアクチュエータ３２２とを接続する動力伝達機構３３０の構成について説明した。
【０１０９】
以上説明したように、第１の実施形態では、顕微鏡部１１０の姿勢を規定し得る第２関節部２２０における第２軸Ｏ２まわりの回転に対して駆動力を与えるアクチュエータ３２２と、当該第２関節部２２０とが、動力伝達機構３３０を介して、互いに離隔して配置される。一般的に顕微鏡部１１０の姿勢を規定し得る回転軸は当該顕微鏡部１１０の近傍に設けられることが多いため、このようにアクチュエータ３２２と第２関節部２２０とが互いに離隔して配置されることにより、顕微鏡部１１０付近の構成を小型化することができる。従って、第１の実施形態に係る観察装置１０を用いて手術や検査等の医療行為を行う際に、術者の作業空間や視界をより確保することが可能になる。
【０１１０】
また、第１の実施形態では、動力伝達機構３３０として、互いに略直交する２つの回転軸の間で回転を伝達可能な動力伝達機構が用いられる。これにより、第２軸Ｏ２とアクチュエータ３２２の回転軸とが互いに直交するように、すなわち、第２アーム部２７２の延伸方向と略平行な方向をアクチュエータ３２２の回転軸が向くように、アクチュエータ３２２を配置することが可能となる。従って、アクチュエータ３２２が第２アーム部２７２の延伸方向と直交する方向に大きく突出し、その突出した部位が術者に干渉する事態を好適に防止することができる。
【０１１１】
ここで、一般的に、２つの回転軸間において回転を伝達する動力伝達機構の他の構成として、例えば、リンクやワイヤー等を回転軸間に架設し、一の回転軸の回転を、当該リンクやワイヤーの延設方向への直線運動を介して、他の回転軸に伝達する構成が考えられる。しかしながら、このようなリンクやワイヤー等を用いた動力伝達機構では、伝達可能な回転角度が制限されてしまう恐れがある。従って、リンクやワイヤー等を用いた動力伝達機構を上述したアクチュエータ３２２と第２関節部２２０との間の回転運動の伝達に適用した場合には、第２軸Ｏ２における回転角度が所定の範囲に制限されてしまうこととなる。観察対象をあらゆる方向から撮影可能にするためには、顕微鏡部１１０の可動範囲はできるだけ広いことが求められるため、このように第２軸Ｏ２における回転角度が制限されてしまうことは好ましくない。
【０１１２】
一方、第１の実施形態に係る動力伝達機構３３０では、アクチュエータ３２２の回転軸の回転に同期して回転するドライブシャフト２３５の回転が、第１のかさ歯車２３３及び第２のかさ歯車２３１を介して第２関節部２２０に伝達される。従って、伝達可能な回転角度が制限されることがないため、第２軸Ｏ２における回転可能な角度範囲をより広くすることができ、より広い顕微鏡部１１０の可動範囲を確保することが可能になる。
【０１１３】
なお、以上説明した実施形態では、第２関節部２２０と、当該第２関節部２２０における回転軸である第２軸Ｏ２まわりの回転に対して駆動力を与えるアクチュエータ３２２と、の間に動力伝達機構３３０が設けられていたが、第１の実施形態はかかる例に限定されない。支持部１２０に設けられる関節部のうち、動力伝達機構３３０が介設され、アクチュエータと互いに離隔して配置される対象となる関節部は、第２関節部２２０に限定されず、顕微鏡部１１０の姿勢を規定し当該顕微鏡部１１０の近傍に配置され得る関節部であれば、他の関節部であってもよい。例えば、第３関節部２３０と、当該第３関節部２３０における回転軸である第３軸Ｏ３まわりの回転に対して駆動力を与えるアクチュエータ３２３と、の間に動力伝達機構３３０が設けられ、当該第３関節部２３０とアクチュエータ３２３とが互いに離隔して配置されてもよい。
【０１１４】
あるいは、例えば第２関節部２２０及び第３関節部２３０等、複数の関節部に対して、動力伝達機構３３０を介したアクチュエータとの距離が離隔した構成が設けられてもよい。顕微鏡部１１０の姿勢を規定し得る関節部の少なくともいずれかに対して、動力伝達機構３３０を介して当該関節部とアクチュエータとが互いに離隔して配置される構成が採用されることにより、顕微鏡部１１０近傍の構成を小型化するという効果を得ることができる。
【０１１５】
また、以上説明した実施形態では、動力伝達機構３３０として、第１のかさ歯車２３３及び第２のかさ歯車２３１が用いられていた。ただし、第１の実施形態はかかる例に限定されず、動力伝達機構３３０は、互いに直交する回転軸間において回転を伝達可能な構成であればよく、その具体的な構成としては他の機械要素が用いられてもよい。例えば、動力伝達機構３３０は、ウォームギアによって構成されてもよい。当該ウォームギアは、例えば、一端がアクチュエータ３２２の回転軸に接続され、当該アクチュエータ３２２の回転軸と同軸で回転するウォームと、当該ウォームの歯面と歯合して、第２軸Ｏ２と同軸で回転するウォームホイールと、によって構成され得る。
【０１１６】
（２−３．アクチュエータについての変形例）
図５を参照して説明したアクチュエータ３２２は、サーボ機構を実現し得る、いわば比較的高度な制御に対応したものであった。しかしながら、このように高度な制御に対応し得るように構成されるアクチュエータ３２２は、比較的高価であり、また、特に径方向（駆動軸と垂直な面内方向）において大型化しやすい傾向がある。図６を参照して説明したように、アクチュエータ３２２は、その駆動軸（回転軸）が、第２アーム部２７２の延伸方向と略平行な方向を向くように、当該第２アーム部２７２の内部に配置される。従って、アクチュエータ３２２の外径が大きければ、第２アーム部２７２の外径も大きくなることとなり、顕微鏡部１１０近傍の構成を効果的に小型化できない恐れがある。
【０１１７】
一方、より簡易な制御のみを行えばよいのであれば、アクチュエータ３２２の大きさ、特に径方向の大きさを、より小型にできる可能性がある。そこで、小型化が求められる第２関節部２２０及び／又は第３関節部２３０については、より簡易な制御のみを行うこととすれば、これらの関節部に設けられるアクチュエータ３２２、３２３を、より小型に構成することができる。ここでは、アクチュエータ３２２、３２３の一変形例として、より小型なアクチュエータ３２２ａ、３２３ａの一構成例について説明する。
【０１１８】
図７及び図８は、第１の実施形態の一変形例に係るアクチュエータ３２２ａ、３２３ａの構成例を示す断面図である。図７では、第２アーム部２７２及び第２アーム部２７２近傍の構成を、第２アーム部２７２の延伸方向及び第２関節部２２０の回転軸方向を通る断面で切断した様子を図示している。図８では、第３アーム部２７３及び第３アーム部２７３近傍の構成を、第３アーム部２７３の延伸方向及び第３関節部２３０の回転軸方向を通る断面で切断した様子を図示している。
【０１１９】
なお、本変形例は、上述した実施形態に係る構成においてアクチュエータ３２２、３２３がアクチュエータ３２２ａ、３２３ａに置き換えられたものに対応し、動力伝達機構３３０等、その他の構成は、上述した実施形態とほぼ同様である。従って、以下の本変形例についての説明では、上述した実施形態との相違点であるアクチュエータ３２２ａ、３２３ａの構成について主に説明することとし、その他の構成についてはその詳細な説明を省略する。なお、図７では、簡単のため、図６には示している一部の部材の図示を省略している場合がある。
【０１２０】
ここで、本変形例では、アクチュエータ３２２ａ、３２３ａは、第２関節部２２０及び第３関節部２３０において少なくともｘｙ移動動作が実行可能であるように構成される。従って、図７及び図８に示すアクチュエータ３２２ａ、３２３ａの構成例も、ｘｙ移動動作に対応したものとなっている。ここで、ｘｙ移動動作とは、例えば十字キー又はレバー等の入力装置を介した術者の方向を指示する操作に従って、表示装置２０における表示が左右方向又は上下方向に平行に移動するように、制御装置１４０が、第２関節部２２０及び第３関節部２３０を駆動させ、顕微鏡部１１０を移動させる動作である。
【０１２１】
例えばピボット動作（顕微鏡部１１０の光軸が空間上の所定の点を常に向くように、顕微鏡部１１０を移動させる動作）のような高度な制御を要する動作を行うためには、上述した図５に示すような、サーボ機構に対応した比較的高価で大型なアクチュエータ３２２、３２３が必要となる。一方、ｘｙ移動動作については、より安価で小型なアクチュエータ３２２ａ、３２３ａで実現可能である。また、術式等にもよるが、ピボット動作のような高度な制御を要する動作を行わなくても、ｘｙ移動動作が実行可能であれば、実用上は十分であるケースも多い。そこで、本変形例では、より安価で小型なアクチュエータの一例として、少なくともｘｙ移動動作を実現可能なアクチュエータ３２２ａ、３２３ａの構成例を示すこととする。
【０１２２】
まず、第２関節部２２０に設けられるアクチュエータ３２２ａの構成について説明する。図７を参照すると、本変形例に係るアクチュエータ３２２ａは、モータ３４１、減速機構３４２、クラッチ３４３及びブレーキ３４４が、直列に（すなわち、一方向に並ぶように）、この順に接続されて構成される。なお、上述したように、第１の実施形態では、第２関節部２２０にブレーキが設けられ得るが、本変形例に係るアクチュエータ３２２ａを用いる場合には、当該アクチュエータ３２２ａ自身にブレーキ３４４が搭載されているため、第２関節部２２０に別途ブレーキを設ける必要はない。
【０１２３】
モータ３４１の出力軸の回転が減速機構３４２によって適宜減速され、クラッチ３４３を介して駆動軸３４５に伝達される。駆動軸３４５の先端に、動力伝達機構３３０のドライブシャフト２３５の一端がオルダムカップリング２５５を介して接続される。当該駆動軸３４５の回転が、ドライブシャフト２３５、第１のかさ歯車２３３及び第２のかさ歯車２３１を介して、第２関節部２２０に伝達される。更に、駆動軸３４５にはブレーキ３４４が設けられており、当該ブレーキ３４４によって当該駆動軸３４５の解放及び拘束が行われることにより、第２関節部２２０の回転及び停止がそれぞれ制御される。
【０１２４】
モータ３４１としては、例えばステッピングモータが用いられる。ステッピングモータは、上述したアクチュエータ３２２に用いられていたブラシレスＤＣモータに比べて、回転角度の分解能は低いものの、より安価である。ｘｙ移動動作を行うためには、回転角度の分解能についてそれ程高い精度は求められないため、モータ３４１として、好適に、より安価なステッピングモータを用いることができる。なお、本変形例では、モータ３４１は、その径方向の大きさ（駆動軸３４５の延伸方向と垂直な面内での面積）が、クラッチ３４３又はブレーキ３４４の径方向の大きさよりも小さくなるように構成されることが好ましい。この理由については後述する。
【０１２５】
クラッチ３４３としては、電気的に回転の伝達及び遮断を制御可能な電磁クラッチが用いられる。例えば、クラッチ３４３は、通電時に回転を伝達する、いわゆる励磁作動型クラッチである。クラッチ３４３の動作は、制御装置１４０によって制御される。なお、クラッチ３４３の種類は限定されず、各種の公知の電磁クラッチを用いることができる。ただし、本実施形態のように励磁作動型クラッチを用いることにより、手術や検査の安全性をより高めることが可能になる。例えば、何らかの原因により万が一電源が喪失した場合に、クラッチ３４３によってモータ３４１と後段の部材とが接続されていると、第２関節部２２０における回転がロックされてしまい、手動で支持部１２０を動かすことができず、手術や検査の続行が困難になる可能性がある。これに対して、励磁作動型クラッチを用いれば、電源喪失時にモータ３４１と後段の部材との接続が解除されるため、手動で支持部１２０を移動させて手術や検査を続行することが可能となり、より高い安全性が実現され得る。
【０１２６】
ブレーキ３４４としては、電気的に駆動軸３４５の解放及び拘束を制御可能な電磁ブレーキが用いられる。例えば、ブレーキ３４４は、非通電時に駆動軸３４５を拘束する、いわゆる無励磁作動型ブレーキである。ブレーキ３４４の動作は、制御装置１４０によって制御される。なお、ブレーキ３４４の種類は限定されず、各種の公知の電磁ブレーキを用いることができる。ただし、第１の実施形態のように無励磁作動型ブレーキを用いることにより、例えば何らかの原因により万が一電源が喪失した場合であっても、ブレーキ３４４が作動し、第２関節部２２０における回転が停止されるため、手術や検査の安全性をより高めることが可能になる。また、手術時や検査時には、支持部１２０の姿勢を固定している時間（すなわち、ブレーキ３４４及び他の関節部のブレーキを作動させている時間）の方が、支持部１２０を動かしている時間よりも圧倒的に長いため、無励磁作動型ブレーキを用いることにより、消費電力を低減することができるとともに、ブレーキ３４４の長寿命化も図ることができる。
【０１２７】
減速機構３４２は、複数の歯車によって構成され、モータ３４１の出力軸の回転を所定の減速比で減速する。ここで、減速機構３４２は、最終的に得たい回転トルクを実現し得る所定の減速比を有するように構成されればよく、その具体的な構成は限定されない。ただし、本変形例では、モータ３４１と同様に、減速機構３４２は、その径方向の大きさ（駆動軸３４５の延伸方向と垂直な面内での面積）が、クラッチ３４３又はブレーキ３４４の径方向の大きさよりも小さくなるように構成されることが好ましい。
【０１２８】
モータ３４１及び減速機構３４２をこのように構成する理由は、上記のようにモータ３４１としてステッピングモータを用い、クラッチ３４３として励磁作動型クラッチを用い、ブレーキ３４４として無励磁作動型ブレーキを用いてアクチュエータ３２２ａを実際に設計した場合、アクチュエータ３２２ａの外径は、クラッチ３４３又はブレーキ３４４の外径に依存するからである。つまり、クラッチ３４３又はブレーキ３４４の径方向の大きさよりも径方向の大きさが小さくなるように、モータ３４１及び減速機構３４２を構成することにより、アクチュエータ３２２ａの外径を最小化することができる。図７に示すように、アクチュエータ３２２ａは、その駆動軸３４５が第２アーム部２７２の延伸方向と略平行となるように、当該第２アーム部２７２の内部に設けられるため、アクチュエータ３２２ａの外径を最小化することができれば、第２アーム部２７２の外径を最小化することができる。つまり、第２アーム部２７２をより小型化することが可能となる。
【０１２９】
ここで、上述した図５に示すアクチュエータ３２２の減速機３３３と同様に、第２関節部２２０のより低速での回転を実現するために、減速機構３４２にも、例えば１／１００のような比較的大きな減速比が求められる。つまり、減速機構３４２には、径方向の大きさが小型でありつつ、大きい減速比を有することが求められる。本発明者らによる検討の結果、減速機構３４２を構成する全ての歯車を平歯車とすることにより、このような要請を実現し得ることが判明した。すなわち、平歯車のみによって減速機構３４２を構成することにより、より小型で、かつ、比較的大きな減速比を有する減速機構３４２が実現可能である。
【０１３０】
なお、例えば、ウォームギア等、平歯車以外の歯車を用いて減速機構３４２を構成すれば、より少ない数の歯車によって、より簡易な構成で、大きな減速比を実現することが可能である。しかしながら、本発明者らによる検討の結果、ウォームギアのような歯車同士の回転軸が互いに直交する構成を含めた場合には、減速機構３４２の径方向の大きさを、クラッチ３４３又はブレーキ３４４の径方向の大きさよりも小さくすることは、極めて困難であった。従って、減速機構３４２の小型化を実現するためには、当該減速機構３４２は、上述した平歯車のみからなる構成のように、減速機構３４２を構成する複数の歯車の回転軸が全て略平行であるように構成されることが好ましい。
【０１３１】
以上、図７を参照して、第２関節部２２０に設けられるアクチュエータ３２２ａの構成について説明した。なお、本変形例のようにアクチュエータ３２２ａを構成した場合には、上述した実施形態におけるアクチュエータ３２２と比べた場合に、径方向の大きさは小さくすることができる反面、駆動軸３４５の延伸方向の長さは長くなる可能性がある。しかしながら、図７に示すように、アクチュエータ３２２ａは、その駆動軸３４５が第２アーム部２７２の延伸方向と略平行となるように、当該第２アーム部２７２の内部に設けられる。第２アーム部２７２は、その「アーム」という特性上、元来長尺な部材であるため、その内部に、駆動軸３４５が当該第２アーム部２７２の延伸方向と略平行となるようにアクチュエータ３２２ａを配置したとしても、第２アーム部２７２自体の延伸方向における大きさ（長さ）には影響を与えない。このように、駆動軸３４５の延伸方向の長さは長くなる可能性がある一方、径方向の大きさは小さくすることができるという特徴を有するアクチュエータ３２２ａの構成は、アクチュエータ３２２ａ及び第２関節部２２０を、互いに離隔して、かつこれらの回転軸が互いに直交するように配置するという第１の実施形態に係る構造に、好適に親和するものであると言える。
【０１３２】
次に、第３関節部２３０に設けられるアクチュエータ３２３ａの構成について説明する。なお、アクチュエータ３２３ａの構成は、上述したアクチュエータ３２２ａの構成と略同様である。具体的には、図８を参照すると、本変形例に係るアクチュエータ３２３ａは、モータ３５１、減速機構３５２、クラッチ３５３及びブレーキ３５４が、直列に（すなわち、一方向に並ぶように）、この順に接続されて構成される。なお、第２関節部２２０と同様に、本変形例に係るアクチュエータ３２３ａを用いる場合には、当該アクチュエータ３２３ａ自身にブレーキ３５４が搭載されているため、第３関節部２３０に別途ブレーキを設ける必要はない。
【０１３３】
モータ３５１の出力軸の回転が減速機構３５２によって適宜減速され、クラッチ３５３を介して駆動軸３５５に伝達される。駆動軸３５５の回転が、伝達部材を介して第３関節部２３０に伝達される。駆動軸３５５にはブレーキ３５４が設けられており、当該ブレーキ３５４によって当該駆動軸３５５の解放及び拘束が行われることにより、第３関節部２３０の回転及び停止がそれぞれ制御される。
【０１３４】
モータ３５１、減速機構３５２、クラッチ３５３及びブレーキ３５４の構成は、アクチュエータ３２２ａのモータ３４１、減速機構３４２、クラッチ３４３及びブレーキ３４４と同様であるため、その詳細な説明は省略する。アクチュエータ３２３ａは、アクチュエータ３２２ａと同様に、その外径ができるだけ小さくなるように構成され得るため、第３アーム部２７３の外径を最小化すること、すなわち、第３アーム部２７３をより小型化することが可能となる。このように、第２関節部２２０に設けられるアクチュエータとしてアクチュエータ３２２ａを適用し、第３関節部２３０に設けられるアクチュエータとしてアクチュエータ３２３ａを適用することにより、上述した実施形態に比べて、第２アーム部２７２及び第３アーム部２７３をより小型化することができ、顕微鏡部１１０近傍の構成を更に小型化することが可能になる。
【０１３５】
ここで、図示する構成例では、上述した実施形態に係るアクチュエータ３２２とは異なり、アクチュエータ３２２ａ、３２３ａにはエンコーダが設けられていない。しかしながら、ｘｙ移動動作を行うためには、第２関節部２２０及び第３関節部２３０の回転角度を検出する必要がある。そこで、本変形例では、アクチュエータ３２２ａにエンコーダを設ける代わりに、第２関節部２２０の近傍に、当該第２関節部２２０の回転角度を検出するためのポテンショメータ３４６が設けられる。また、図示は省略しているが、第３関節部２３０についても、アクチュエータ３２３ａにエンコーダを設ける代わりに、当該第３関節部２３０の近傍に、当該第３関節部２３０の回転角度を検出するためのポテンショメータが設けられる。
【０１３６】
これらのポテンショメータの検出値は、制御装置１４０に送信される。制御装置１４０は、当該検出値、及び、他の関節部のアクチュエータ３２１、３２４、３２５、３２６のエンコーダの検出値に基づいて、支持部１２０の状態を把握し、術者の操作に応じたｘｙ動作を実現するための、各関節部２１０〜２６０の制御量を計算することができる。そして、当該制御量に従って、制御装置１４０が各関節部２１０〜２６０のアクチュエータ３２１、３２２ａ、３２３ａ、３２４、３２５、３２６を駆動させることにより、ｘｙ移動動作が実現され得る。
【０１３７】
本変形例では、以上説明したアクチュエータ３２２ａ、３２３ａ、並びに他の関節部２１０、２４０〜２６０に設けられるアクチュエータ３２１、３２４、３２５、３２６及びブレーキの動作が制御装置１４０によって制御されることにより、支持部１２０の動作モードが、固定モード、オールフリーモード、及びｘｙ移動動作を行うためのｘｙ移動動作モードのいずれかに切り替えられる。なお、これらの動作モードの切り替えは、上述した動作モード変更ＳＷ又は他の任意の入力装置を介した術者からの指示入力によって行われてよい。
【０１３８】
ここで、固定モード、オールフリーモード、及びｘｙ移動動作モードのそれぞれにおける、アクチュエータ３２２ａ、３２３ａの制御について説明する。制御装置１４０は、各モードに応じて、下記表１に示すように、アクチュエータ３２２ａ、３２３ａのモータ３４１、３５１、クラッチ３４３、３５３及びブレーキ３４４、３５４の駆動を切り替える。なお、下記表１では、クラッチ３４３、３５３については、励磁作動型クラッチを想定しているため、「ＯＮ」は回転が伝達されている状態を意味し、ブレーキ３４４、３５４については、無励磁作動型ブレーキを想定しているため、「ＯＮ」は駆動軸３４５、３５５が解放されている状態を意味している。
【０１３９】
【表１】
2020116442.tif 000003
【０１４０】
上記表１に示すように、本変形例では、固定モード及びオールフリーモードでは、クラッチ３４３、３５３は解放されており、第２関節部２２０及び第３関節部２３０は、アクチュエータ３２２ａ、３２３ａとそれぞれ接続されない。従って、第２関節部２２０及び第３関節部２３０が、モータ３４１、３５１及び減速機構３４２、３５２とそれぞれ分離されるため、オールフリーモードにおいて、当該モータ３４１、３５１のディテントトルクの影響を受けることなく、第２関節部２２０及び第３関節部２３０をより軽快に移動させることが可能となる。また、固定モードにおいてクラッチ３４３、３５３及びブレーキ３４４、３５４に通電がされず、また、オールフリーモードにおいてクラッチ３４３、３５３に通電がされないことにより、これらのモードにおける消費電力を低減することが可能となる。
【０１４１】
ｘｙ移動動作モードのときのみ、クラッチ３４３、３５３によって第２関節部２２０及び第３関節部２３０がアクチュエータ３２２ａ、３２３ａに接続され、当該第２関節部２２０及び当該第３関節部２３０がアクチュエータ３２２ａ、３２３ａによって駆動される。なお、具体的には、固定モード又はオールフリーモードからｘｙ移動動作モードに移行する際には、モータ３４１、３５１の励磁、クラッチ３４３、３５３の接続、及びブレーキ３４４、３５４の解除がこの順に実行された後、モータ３４１、３５１の回転が開始される。逆に、ｘｙ移動動作モードから固定モード又はオールフリーモードに移行する際には、モータ３４１、３５１の回転停止、ブレーキ３４４、３５４による駆動軸３４５、３５５の拘束、及びクラッチ３４３、３５３の解放がこの順に実行された後、モータ３４１、３５１の励磁が停止される。このようなシーケンスでモード間の移行が実行されることにより、当該モード間の移行をより安全に行うことが可能となる。
【０１４２】
（３．第２の実施形態）
本開示の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、第２関節部と、当該第２関節部における回転軸である第２軸Ｏ２まわりの回転に対して駆動力を与えるアクチュエータとが離隔して配置されることにより、先端領域の構成がより小型化された観察装置が実現される。ただし、第２の実施形態では、アクチュエータの駆動力を第２関節部に伝達する動力伝達機構の構成が、第１の実施形態とは異なる。第２の実施形態において、当該動力伝達機構以外の構成は、第１の実施形態と同様であってよいため、以下の第２の実施形態についての説明では、第１の実施形態と相違する事項について主に説明することとし、第１の実施形態と同様の事項についてはその詳細な説明を省略する。
【０１４３】
（３−１．観察システム及び観察装置の構成）
図９を参照して、本開示の第２の実施形態に係る観察システムの構成について説明するとともに、当該観察システムを構成する観察装置の構成について説明する。図９は、第２の実施形態に係る観察システムの一構成例を示す図である。
【０１４４】
図９を参照すると、第２の実施形態に係る観察システム２は、顕微鏡部１１０を支持し、当該顕微鏡部１１０によって患者の術部を撮影する観察装置３０と、観察装置３０によって撮影された術部の映像を表示する表示装置２０と、から構成される。なお、表示装置２０の構成及び機能は、第１の実施形態と同様であるため、ここではその詳細な説明は省略する。
【０１４５】
観察装置３０は、患者の術部を拡大観察するための顕微鏡部１１０と、顕微鏡部１１０を支持する支持部４２０（アーム部４２０）と、支持部４２０の一端が接続され顕微鏡部１１０及び支持部４２０を支持するベース部１３０と、観察装置３０の動作を制御する制御装置１４０と、を備える。ここで、顕微鏡部１１０、ベース部１３０及び制御装置１４０の構成及び機能は、第１の実施形態と同様であるため、ここではその詳細な説明は省略する。
【０１４６】
支持部４２０の構成も、第１の実施形態に係る支持部１２０の構成とほぼ同様である。ただし、支持部４２０では、上記のように、アクチュエータの駆動力を第２関節部２２０に伝達する動力伝達機構の構成が、第１の実施形態とは異なる。これに伴い、支持部４２０では、支持部１２０において第２関節部２２０に対して設けられていたアクチュエータ３２２の代わりに、アクチュエータ３２７が設けられる。
【０１４７】
アクチュエータ３２７の配置について詳細に説明すると、第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、第２関節部２２０と離隔した位置にアクチュエータ３２７が設けられる。具体的には、アクチュエータ３２７は、第２アーム部２７２の基端部に設けられており、第２アーム部２７２の内部に設けられる動力伝達機構（図示せず）によって、第２アーム部２７２の先端部に設けられる第２関節部２２０と接続されている。このように、第２の実施形態では、第１の実施形態と同様に、第２関節部２２０と、当該第２関節部２２０における回転軸である第２軸Ｏ２まわりの回転に対して駆動力を与えるアクチュエータ３２７とが、動力伝達機構を介して互いに離隔して配置される。従って、第２関節部２２０から離れた位置にアクチュエータ３２７を配置することができ、第２関節部２２０、すなわち、先端領域の構成を小型化することが可能になる。
【０１４８】
ただし、第２の実施形態では、第２関節部２２０とアクチュエータ３２７とを接続する動力伝達機構として、第１の実施形態とは異なり、互いに略平行な２つの回転軸の間で回転を伝達可能な動力伝達機構が用いられる。これに伴い、第２軸Ｏ２とアクチュエータ３２７の回転軸とが、略平行になるように、当該アクチュエータ３２７が配置される。つまり、第１の実施形態では、アクチュエータ３２２は、その回転軸の方向が第２アーム部２７２の延伸方向と平行になるように配置されていたが、第２の実施形態では、動力伝達機構の構成が異なることに伴い、図示するように、アクチュエータ３２７は、その回転軸の方向が第２アーム部２７２の延伸方向と略直交するように配置される。
【０１４９】
なお、その配置は異なるものの、アクチュエータ３２７の構成自体は、アクチュエータ３２３と同様であってよい。つまり、アクチュエータ３２７は、例えば図５に示す構成を有する。
【０１５０】
（３−２．動力伝達機構の構成）
図１０を参照して、第２関節部２２０とアクチュエータ３２７とを接続する動力伝達機構の構成についてより詳細に説明する。図１０は、第２の実施形態において、第２関節部２２０とアクチュエータ３２７とを接続する動力伝達機構の一構成例を示す図である。図１０では、図１０及び図１１に示す支持部４２０の構成のうち、第２関節部２２０、第２アーム部２７２及びアクチュエータ３２７近傍の構成のみを抜き出して図示している。また、図１０では、第２アーム部２７２の内部に設けられる構成を表すために、模擬的に、第２アーム部２７２の側壁を透過して図示している。また、説明のため、模擬的に、第２アーム部２７２の側壁の一部を開口して図示している。
【０１５１】
図１０を参照すると、第２アーム部２７２の内部に設けられる動力伝達機構３６０は、第２アーム部２７２の延伸方向に沿って延伸しアクチュエータ３２７の回転軸と第２関節部２２０の駆動軸（すなわち、第２軸Ｏ２に対応する駆動軸）との間に巻回されるベルト３６１、を含む。このように、第２の実施形態では、アクチュエータ３２７の回転軸の回転が、ベルト３６１によって第２関節部２２０に伝達される。
【０１５２】
第２アーム部２７２の延伸方向に沿って延設されたベルト３６１によって、アクチュエータ３２７の回転軸の回転が第２関節部２２０まで伝達されるため、アクチュエータ３２７と第２関節部２２０との間に、所定の距離を設けることができる。従って、アクチュエータ３２７を支持部４２０の先端領域から遠ざけて配置することができるため、当該先端領域の構成をより小型化することが可能になる。
【０１５３】
以上、図１０を参照して、第２関節部２２０とアクチュエータ３２７とを接続する動力伝達機構３６０の構成について説明した。なお、第２の実施形態において各関節部２１０〜２６０に設けられるアクチュエータは、図５を参照して説明したアクチュエータ３２２と同様の構成を有するものであってもよいし、上記（２−３．アクチュエータについての変形例）で説明したアクチュエータ３２２ａ、３２３ａと同様の構成を有するものであってもよい。図１０では、一例として、図５に示すアクチュエータ３２２と同様の構成を有するアクチュエータ３２７が用いられた場合の構成例を図示した。
【０１５４】
以上説明したように、第２の実施形態では、顕微鏡部１１０の姿勢を規定し得る第２関節部２２０における回転軸である第２軸Ｏ２まわりの回転に対して駆動力を与えるアクチュエータ３２７と、当該第２関節部２２０とが、動力伝達機構３６０を介して、互いに離隔して配置される。従って、第１の実施形態と同様に、顕微鏡部１１０近傍の構成を小型化することができるため、第２の実施形態に係る観察装置３０を用いて手術や検査等の医療行為を行う際に、術者の作業空間や視界をより確保することが可能になる。
【０１５５】
なお、第２の実施形態では、ベルト３６１によって、アクチュエータ３２７の回転軸の回転が第２関節部２２０に直接伝達されるため、第１の実施形態と同様に、リンクやワイヤー等を用いた動力伝達機構を用いた場合に比べて、第２軸Ｏ２における回転可能な角度範囲をより広く取ることができる。従って、顕微鏡部１１０の可動範囲をより広くすることが可能になる。
【０１５６】
また、第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、支持部４２０に設けられる関節部２１０〜２６０のうち、動力伝達機構３６０が介設され、アクチュエータと互いに離隔して配置される対象となる関節部は、第２関節部２２０に限定されず、顕微鏡部１１０の姿勢を規定し得る関節部であれば、他の関節部であってもよい。また、動力伝達機構３６０の具体的な構成は、以上説明したベルト３６１を用いたものに限定されない。動力伝達機構３６０は、互いに略平行な回転軸間において回転を伝達可能な構成であればよく、その具体的な構成としては他の機械要素が用いられてもよい。
【０１５７】
（４．第１及び第２の実施形態の比較）
以上説明したように、第１及び第２の実施形態では、動力伝達機構３３０、３６０を介設することにより、第２関節部２２０とアクチュエータ３２２、３２７とを互いに離隔して配置することができ、先端領域の構成を小型化することができる。ただし、第１の実施形態と第２の実施形態とでは、動力伝達機構３３０、３６０の構成が異なるため、第２アーム部２７２におけるアクチュエータ３２２、３２７の配置が相違する。
【０１５８】
具体的には、第１の実施形態に係る動力伝達機構３３０は、互いに略直交する２つの回転軸の間で回転を伝達可能に構成される。従って、第２アーム部２７２の延伸方向とアクチュエータ３２２の回転軸方向とが略平行になるように、当該第２アーム部２７２に対して当該アクチュエータ３２２を配置することができる。よって、アクチュエータ３２２の第２アーム部２７２からの突出量が小さくなるように、アクチュエータ３２２及び第２アーム部２７２を配置することができる。
【０１５９】
一方、第２の実施形態に係る動力伝達機構３６０は、互いに略平行な２つの回転軸の間で回転を伝達可能に構成される。従って、第２アーム部２７２の延伸方向とアクチュエータ３２７の回転軸方向とが略直交するように、当該第２アーム部２７２に対して当該アクチュエータ３２７が配置されることとなる。よって、アクチュエータ３２７が、第２アーム部２７２から、当該第２アーム部２７２の延伸方向と直交する方向に大きく突出してしまう可能性がある。このような突出部位は、第２の実施形態に係る観察装置３０を用いて手術や検査を行う際に、術者の動作の妨げになる可能性がある。
【０１６０】
図１１に、第２の実施形態に係る観察装置３０を用いた手術の様子を概略的に示す。図１１は、第２の実施形態に係る観察装置３０を用いた手術時における、支持部４２０と術者との位置関係を示す概略図である。図１１では、観察装置３０の支持部４２０の第２アーム部２７２よりも先端側の構成、及び、観察装置３０の顕微鏡部１１０によって撮影された術部の映像を参照しながら手術を行っている術者７０１の位置関係を概略的に示している。
【０１６１】
図示するように、観察装置３０を用いて手術を行う際には、第２アーム部２７２及びアクチュエータ３２７が、術者の身体（図示する例では顔）の近傍に位置し得る。手術中において、観察装置の支持部４２０はいわゆる清潔に保たれなければいけない一方、術者７０１の身体は不潔域に属するものであるため、支持部４２０と術者７０１の身体とが接触することは許されない。しかしながら、第２の実施形態では、アクチュエータ３２７が第２アーム部２７２の延伸方向と直交する方向に大きく突出し得るため、当該アクチュエータ３２７と術者７０１の身体とが接触する危険性が増加する。また、術者７０１は、例えば作業のために身体を動かす際には、アクチュエータ３２７と自身の身体が接触しないように、当該アクチュエータ３２７を避けながら作業を行わなければいけないため、作業を円滑に行えない恐れがある。
【０１６２】
一方、第１の実施形態では、上述したように、アクチュエータ３２２の第２アーム部２７２からの突出量が小さくなるようにアクチュエータ３２２及び第２アーム部２７２を配置することができる。従って、支持部１２０と術者７０１の身体とが接触する危険性を低下させることができる。このように、清潔域をより確実に確保する観点からは、第１の実施形態のように、互いに略直交する２つの回転軸の間で回転を伝達可能な動力伝達機構３３０が用いられることが好ましい。
【０１６３】
ただし、第２の実施形態に係る動力伝達機構３６０が、ベルト３６１という比較的簡易な構成によって実現されていたのに対して、第１の実施形態に係る動力伝達機構３３０のようにかさ歯車を用いて動力を伝達する場合には、上記（２−２．動力伝達機構の構成）で説明したように、回転の伝達をより円滑に行うために、バックラッシレス機構２３７やリニアガイド２５１、２５３等の構成が設けられ得る。従って、動力伝達機構３３０の構成が複雑化する可能性があり、コストも高くなってしまう恐れがある。
【０１６４】
第１の実施形態に係る動力伝達機構３３０と、第２の実施形態に係る動力伝達機構３６０と、のいずれを採用するかは、観察装置の製造コストや、支持部１２０、４２０の操作性、手術時における清潔域の確保の容易性等、諸々の条件を総合的に考慮して、適宜決定されてよい。
【０１６５】
（５．使用例）
図１２を参照して、第１及び第２の実施形態に係る観察システム１、２の使用例として、当該観察システム１、２を用いて行われる手術の概要について説明する。図１２は、第１及び第２の実施形態に係る観察システム１、２を用いた手術の状況を概略的に示す図である。図１２では、一例として、第１の実施形態に係る観察システム１を用いた手術の状況を示しているが、観察装置１０の構成が変更されること以外は、第２の実施形態に係る観察システム２を用いた手術の状況も同様である。
【０１６６】
図１２を参照すると、術者７０１が、手術台の上に横臥している患者７０３の頭部を手術している状況が示されている。手術台の傍らには観察装置１０が設置されており、支持部１２０の先端に取り付けられた顕微鏡部１１０によって患者７０３の頭部の術部を撮影するように、支持部１２０の各関節部に設けられるアクチュエータの駆動が制御され、当該顕微鏡部１１０の位置及び姿勢が制御されている。なお、図１２では簡略化して図示しているが、図１２に示す観察装置１０は、図４を参照して説明した観察装置１０と同様の構成を有するものである。
【０１６７】
手術室内には表示装置２０が設けられており、観察装置１０の顕微鏡部１１０によって撮影された術部の画像が、所定の倍率で拡大されて当該表示装置２０に映し出される。術者７０１は、表示装置２０に映し出された画像を見ながら、術部の様子を把握し、自身の手元で術部に対して各種の処置を行う。
【０１６８】
このとき、図示するように、観察装置１０の顕微鏡部１１０は、術部の近傍、すなわち術者７０１の手元の近傍に位置し得る。また、観察装置１０の支持部１２０の先端領域は、術者７０１と表示装置２０との間に位置し得る。
【０１６９】
しかしながら、上記（２．第１の実施形態）で説明したように、第１の実施形態では、支持部１２０において、第２関節部２２０と、当該第２関節部２２０における回転軸である第２軸Ｏ２まわりの回転に対して駆動力を与えるアクチュエータ３２２とが、動力伝達機構３３０を介して、互いに離隔した位置に配置される。従って、支持部１２０の先端領域の構成がより小型化される。よって、術者７０１の作業空間及び視界をより確保することができ、円滑な手術の実行が実現される。図示する例では、第１の実施形態に係る観察装置１０を示しているが、上記（３．第２の実施形態）で説明したように、第２の実施形態に係る観察装置３０を用いた場合であっても、同様に、支持部４２０の先端領域の構成をより小型化することができるため、術者７０１の作業空間及び視界をより確保することができ、円滑な手術の実行が実現される。
【０１７０】
（６．補足）
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１７１】
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的又は例示的なものであって限定的なものではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、又は上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏し得る。
【０１７２】
例えば、以上説明した第１及び第２の実施形態では、顕微鏡部１１０は、支持部１２０、４２０の先端に設けられていたが、本技術はかかる例に限定されない。例えば、支持部１２０、４２０の中途の位置において顕微鏡部１１０が保持されてもよい。この場合であっても、当該顕微鏡部１１０の姿勢を規定し得る関節部のうちの少なくとも１つの関節部に対して、動力伝達機構３３０、３６０を介して当該関節部とアクチュエータとが離隔された構造を設けることにより、顕微鏡部１１０付近の構成をより小型化することができるため、第１及び第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１７３】
また、以上説明した第１及び第２の実施形態では、支持部１２０、４２０を構成する全ての関節部２１０〜２６０に対してアクチュエータが設けられていたが、本技術はかかる例に限定されない。例えば、支持部１２０、４２０を構成する関節部２１０〜２６０のうちの一部にのみ、当該関節部における回転に対して駆動力を与えるアクチュエータが設けられていてもよい。本技術は、顕微鏡部の姿勢を規定し得る関節部のうちの少なくとも１つの関節部に対してアクチュエータが設けられている場合に、当該少なくとも１つの関節部及び当該アクチュエータに対して適用され得る。従って、本技術が適用され得る支持部の構成においては、顕微鏡部の姿勢を規定し得る関節部以外の関節部に対するアクチュエータの設置は任意であってよい。
【０１７４】
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）観察対象を撮影し、映像信号を出力する撮像部と、複数のアーム部が関節部を介して互いに回動可能に接続されて構成され、前記撮像部を支持する支持部と、を備え、前記支持部を構成する複数の関節部のうち前記撮像部の姿勢を規定する少なくとも１つの関節部における回転軸まわりの回転に対して駆動力を与えるアクチュエータが設けられ、前記少なくとも１つの関節部と前記アクチュエータとは、互いに略直交する２つの回転軸間において回転運動を伝達する動力伝達機構を介して接続され、互いに離隔して配置される、医療用観察装置。
（２）前記少なくとも１つの関節部は、前記支持部を構成するアーム部のうちの１つの所定のアーム部の一側に、回転軸が前記所定のアーム部の延伸方向と略直交するように配置され、前記アクチュエータは、前記所定のアーム部の他側に、回転軸が前記所定のアーム部の延伸方向と略平行となるように配置され、前記動力伝達機構は、前記所定のアーム部の内部に設けられる、前記（１）に記載の医療用観察装置。
（３）前記アクチュエータは、モータ、減速機構、クラッチ及びブレーキが、この順に直列に配列されて構成される、前記（２）に記載の医療用観察装置。
（４）前記アクチュエータは、モータ及び減速機構の前記所定のアーム部の延伸方向に垂直な面内方向の大きさが、前記クラッチ又は前記ブレーキの前記所定のアーム部の延伸方向に垂直な面内方向の大きさよりも小さくなるように、構成される、前記（３）に記載の医療用観察装置。
（５）前記少なくとも１つの関節部には、前記少なくとも１つの関節部における回転角度を検出するポテンショメータが設けられ、前記ポテンショメータの検出値に基づいて、前記撮像部によって撮影された前記観察対象の画像の表示が左右方向又は上下方向に移動するように、前記少なくとも１つの関節部の駆動が制御される、前記（３）又は（４）に記載の医療用観察装置。
（６）前記動力伝達機構は、一端が前記アクチュエータの回転軸に接続され、前記アクチュエータの回転軸と略平行な方向に延伸するドライブシャフトと、前記ドライブシャフトの他端に設けられ、前記アクチュエータの回転軸と同軸で回転する第１のかさ歯車と、前記第１のかさ歯車と歯合して、前記少なくとも１つの関節部の回転軸と同軸で回転する第２のかさ歯車と、を含む、前記（１）〜（５）のいずれか１項に記載の医療用観察装置。（７）前記動力伝達機構は、前記第１のかさ歯車と前記第２のかさ歯車との間のクリアランスを減少させる方向に前記第１のかさ歯車を付勢するバネ、を更に含む、前記（６）に記載の医療用観察装置。
（８）前記動力伝達機構は、前記ドライブシャフトの軸方向への移動をガイドするリニアガイド、を更に含む、前記（６）又は（７）に記載の医療用観察装置。
（９）前記動力伝達機構は、前記ドライブシャフトに設けられるスラスト軸受、を更に含む、前記（６）〜（８）のいずれか１項に記載の観察装置。
（１０）前記動力伝達機構は、前記アクチュエータの回転軸と前記ドライブシャフトとを接続するオルダムカップリング、を更に含む、前記（６）〜（９）のいずれか１項に記載の医療用観察装置。
（１１）前記撮像部は、前記支持部の先端に設けられ、前記少なくとも１つの関節部は、前記支持部において、前記撮像部が設けられる先端側から２つ目に設けられる関節部である、前記（１）〜（１０）のいずれか１項に記載の医療用観察装置。
（１２）前記動力伝達機構は、一端が前記アクチュエータの回転軸に接続され、前記アクチュエータの回転軸と同軸で回転するウォームと、前記ウォームの歯面と歯合して、前記少なくとも１つの関節部の回転軸と同軸で回転するウォームホイールと、によって構成されるウォームギアを含む、前記（１）〜（５）のいずれか１項に記載の医療用観察装置。（１３）観察対象を撮影し、映像信号を出力する顕微鏡部と、複数のアーム部が関節部を介して互いに回動可能に接続されて構成され、前記顕微鏡部を支持する支持部と、を備え、前記支持部を構成する複数の関節部のうち前記顕微鏡部の姿勢を規定する少なくとも１つの関節部における回転軸まわりの回転に対して駆動力を与えるアクチュエータが設けられ、前記少なくとも１つの関節部と前記アクチュエータとは、互いに略直交する２つの回転軸間において回転運動を伝達する動力伝達機構を介して接続され、互いに離隔して配置される、手術用観察装置。
（１４）観察対象を撮影し映像信号を出力する撮像部と、複数のアーム部が関節部を介して互いに回動可能に接続されて構成され前記撮像部を支持する支持部と、を有する、観察装置と、前記映像信号に基づいて、前記撮像部によって撮影された前記観察対象の画像を表示する表示装置と、を備え、前記観察装置においては、前記支持部を構成する複数の関節部のうち前記撮像部の姿勢を規定する少なくとも１つの関節部における回転軸まわりの回転に対して駆動力を与えるアクチュエータが設けられ、前記少なくとも１つの関節部と前記アクチュエータとは、互いに略直交する２つの回転軸間において回転運動を伝達する動力伝達機構を介して接続され、互いに離隔して配置される、医療用観察システム。
【符号の説明】
【０１７５】
１、２        観察システム
１０、３０        観察装置
２０        表示装置
１１０        顕微鏡部
１２０、４２０        支持部
１３０        ベース部
１４０        制御装置
２１０        第１関節部
２２０        第２関節部
２３０        第３関節部
２４０        第４関節部
２５０        第５関節部
２６０        第６関節部
２７１        第１アーム部
２７２        第２アーム部
２７３        第３アーム部
２７４        第４アーム部
２７５        第５アーム部
３３０、３６０        動力伝達機構
２３１        第２のかさ歯車
２３３        第１のかさ歯車
２３５        ドライブシャフト
２３７        バックラッシレス機構
２３９        スラスト軸受
２５１、２５３        リニアガイド
２５５        オルダムカップリング
３２１、３２２、３２２ａ、３２３、３２３ａ、３２４、３２５、３２６、３２７        アクチュエータ
３４１、３５１        モータ
３４２、３５２        減速機構
３４３、３５３        クラッチ
３４４、３５４        ブレーキ
３４５、３５５        駆動軸
３４６        ポテンショメータ
３６１        ベルト
【図１】
2020116442.tif 000004
【図２】
2020116442.tif 000005
【図３】
2020116442.tif 000006
【図４】
2020116442.tif 000007
【図５】
2020116442.tif 000008
【図６】
2020116442.tif 000009
【図７】
2020116442.tif 000010
【図８】
2020116442.tif 000011
【図９】
2020116442.tif 000012
【図１０】
2020116442.tif 000013
【図１１】
2020116442.tif 000014
【図１２】
2020116442.tif 000015