(57)【要約】【課題】撮像部の移動に対する操作性を向上することができる医療用保持装置及び医療用観察システムを提供すること。【解決手段】観察対象を拡大して撮像可能とし、当該撮像に応じた画像信号を出力する撮像部を保持する医療用保持装置であって、複数のアーム部、及び当該複数のアーム部を接続する複数の関節部を有し、先端で撮像部を支持する支持部と、複数の関節部の少なくとも１つの関節部に設けられ、当該関節部の動作に対して抵抗する負荷を当該支持部に付与する負荷付与機構と、撮像部の動作状態に基づいて、負荷付与機構が発するトルクを設定する発生トルク設定部と、支持部の各アーム部の回動の禁止状態が解除された場合に、負荷付与機構に、トルク設定部が設定したトルクに応じた負荷を付与する制御部と、を備える。【選択図】図１
2020151406.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察対象を拡大して撮像可能とし、当該撮像に応じた画像信号を出力する撮像部を保持する医療用保持装置であって、
複数のアーム部、及び当該複数のアーム部を接続する複数の関節部を有し、先端で前記撮像部を支持する支持部と、
前記複数の関節部の少なくとも１つの関節部に設けられ、当該関節部の動作に対して抵抗する負荷を当該支持部に付与する負荷付与機構と、
前記撮像部の動作状態に基づいて、前記負荷付与機構が発するトルクを設定する発生トルク設定部と、
前記支持部の各アーム部の回動の禁止状態が解除された場合に、前記負荷付与機構に、前記発生トルク設定部が設定したトルクに応じた負荷を付与する制御部と、
を備える医療用保持装置。
【請求項２】
前記支持部を駆動する駆動手段を備え、
前記制御部は、支持部の各アーム部の回動の禁止状態が解除され、かつ前記駆動手段による前記支持部の駆動がオフとなっている場合に、前記負荷付与機構に、前記発生トルク設定部が設定したトルクに応じた負荷を付与する
請求項１に記載の医療用保持装置。
【請求項３】
前記発生トルク設定部は、拡大率及び作動距離、並びに当該撮像部の移動速度に基づいて、前記トルクを設定する、
請求項１に記載の医療用保持装置。
【請求項４】
前記発生トルク設定部は、前記トルクをＴTTL、前記拡大率から算出されるパラメータをＴZOOM、前記作動距離から算出されるパラメータをＴWD、前記移動速度から算出されるパラメータをＴVとしたとき、ＴTTL＝ＴZOOM＋ＴWD−ＴVによって前記トルクを算出する
請求項３に記載の医療用保持装置。
【請求項５】
前記負荷付与機構は、前記複数の関節部のうちの二つ以上にそれぞれ設けられ、
前記発生トルク設定部は、各関節部に対して個別に前記トルクを設定する、
請求項１に記載の医療用保持装置。
【請求項６】
前記発生トルク設定部は、前記拡大率、前記作動距離及び前記移動速度と、前記撮像部の移動方向における変位に応じた係数とを用いて前記トルクを設定する、
請求項３に記載の医療用保持装置。
【請求項７】
前記関節部は、
互いに接続される２つの前記アーム部の一方のアーム部に固定される固定部と、
前記２つのアーム部の他方のアーム部に固定され、前記固定部に対して回転可能とする可動部と、
を有し、
前記負荷付与機構は、前記固定部に対して前記可動部が回転する際に、当該回転に対して抵抗する負荷を当該可動部に付与する、
請求項１に記載の医療用保持装置。
【請求項８】
前記負荷付与機構は、磁性流体デバイスによって構成される、
請求項１に記載の医療用保持装置。
【請求項９】
前記支持部の各アーム部の回動を禁止する回動禁止手段、
を備える請求項１に記載の医療用保持装置。
【請求項１０】
観察対象を拡大して撮像可能とし、当該撮像に応じた画像信号を出力する撮像部と、
複数のアーム部、及び当該複数のアーム部を接続する複数の関節部を有し、先端で前記撮像部を支持する支持部と、
前記複数の関節部の少なくとも１つの関節部に設けられ、当該関節部の動作に対して抵抗する負荷を当該支持部に付与する負荷付与機構と、
前記撮像部の動作状態に基づいて、前記負荷付与機構が発するトルクを設定する発生トルク設定部と、
前記支持部の各アーム部の回動の禁止状態が解除された場合に、前記負荷付与機構に、前記発生トルク設定部が設定したトルクに応じた負荷を付与する制御部と、
を備える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、医療用保持装置及び医療用観察システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、医療分野において、観察対象を拡大して撮像する撮像部と、複数のアーム部、及び当該複数のアーム部を接続する複数の関節部を有し、先端で撮像部を支持する支持部とを備えた医療用観察装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１に記載の医療用観察装置では、撮像部は、各関節部の動作を利用して３次元的に移動され、所望の位置に位置付けられる。そして、撮像部にて撮像された画像は、外部の表示装置に表示される。
【０００３】
ところで、各関節部の動作を利用して撮像部を３次元的に移動させる医療用観察装置では、高倍率で観察するにしたがって、撮像視野が狭くなり、撮像部に弱い力を加えただけでも（撮像部を微動させただけでも）、観察対象における目標の部位が表示装置の画面から消えてしまう（画が飛んでしまう）、という問題がある。この問題に対し、特許文献１に記載の医療用観察装置では、各関節部に一定の負荷を与えることによって各関節部の動きを制御して、画の飛びを抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−１５８９６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、医療用観察装置では、撮像部を移動させるシーンとして、上述した観察位置の変更のほか、単に撮像部を観察位置から退避させることもある。撮像部を観察位置から退避させる場合、関節部に負荷がかかっていると、撮像部を退避位置まで移動させるのに、ユーザに余計な負担をかけていた。このため、撮像部の移動シーンに応じた操作性が求められていた。
【０００６】
本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、撮像部の移動に対する操作性を向上することができる医療用保持装置及び医療用観察システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示にかかる医療用保持装置は、観察対象を拡大して撮像可能とし、当該撮像に応じた画像信号を出力する撮像部を保持する医療用保持装置であって、複数のアーム部、及び当該複数のアーム部を接続する複数の関節部を有し、先端で前記撮像部を支持する支持部と、前記複数の関節部の少なくとも１つの関節部に設けられ、当該関節部の動作に対して抵抗する負荷を当該支持部に付与する負荷付与機構と、前記撮像部の動作状態に基づいて、前記負荷付与機構が発するトルクを設定する発生トルク設定部と、前記支持部の各アーム部の回動の禁止状態が解除された場合に、前記負荷付与機構に、前記発生トルク設定部が設定したトルクに応じた負荷を付与する制御部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本開示にかかる医療用保持装置は、上記開示において、前記支持部を駆動する駆動手段を備え、前記制御部は、支持部の各アーム部の回動の禁止状態が解除され、かつ前記駆動手段による前記支持部の駆動がオフとなっている場合に、前記負荷付与機構に、前記発生トルク設定部が設定したトルクに応じた負荷を付与することを特徴とする。
【０００９】
また、本開示にかかる医療用保持装置は、上記開示において、前記発生トルク設定部は、拡大率及び作動距離、並びに当該撮像部の移動速度に基づいて、前記支持部の各アーム部の回動の禁止状態が解除された場合に、前記トルクを設定することを特徴とする。
【００１０】
また、本開示にかかる医療用保持装置は、上記開示において、前記発生トルク設定部は、前記トルクをＴTTL、前記拡大率から算出されるパラメータをＴZOOM、前記作動距離から算出されるパラメータをＴWD、前記移動速度から算出されるパラメータをＴVとしたとき、ＴTTL＝ＴZOOM＋ＴWD−ＴVによって前記トルクを算出することを特徴とする。
【００１１】
また、本開示にかかる医療用保持装置は、上記開示において、前記負荷付与機構は、前記複数の関節部のうちの二つ以上にそれぞれ設けられ、前記トルク発生部は、各関節部に対して個別に前記トルクを設定することを特徴とする。
【００１２】
また、本開示にかかる医療用保持装置は、上記開示において、前記発生トルク設定部は、前記拡大率、前記作動距離及び前記移動速度と、前記撮像部の移動方向における変位に応じた係数とを用いて前記トルクを設定することを特徴とする。
【００１３】
また、本開示にかかる医療用保持装置は、上記開示において、前記関節部は、互いに接続される２つの前記アーム部の一方のアーム部に固定される固定部と、前記２つのアーム部の他方のアーム部に固定され、前記固定部に対して回転可能とする可動部と、を有し、前記負荷付与機構は、前記固定部に対して前記可動部が回転する際に、当該回転に対して抵抗する負荷を当該可動部に付与することを特徴とする。
【００１４】
また、本開示にかかる医療用保持装置は、上記開示において、前記負荷付与機構は、磁性流体デバイスによって構成されることを特徴とする。
【００１５】
また、本開示にかかる医療用保持装置は、上記開示において、前記支持部の各アーム部の回動を禁止する回動禁止手段、を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、本開示にかかる医療用観察システムは、観察対象を拡大して撮像可能とし、当該撮像に応じた画像信号を出力する撮像部と、複数のアーム部、及び当該複数のアーム部を接続する複数の関節部を有し、先端で前記撮像部を支持する支持部と、前記複数の関節部の少なくとも１つの関節部に設けられ、当該関節部の動作に対して抵抗する負荷を当該支持部に付与する負荷付与機構と、前記撮像部の動作状態に基づいて、前記負荷付与機構が発するトルクを設定する発生トルク設定部と、前記支持部の動作を電気的に制御する制御部であって、前記支持部の各アーム部の回動の禁止状態が解除された場合に、前記負荷付与機構に、前記トルク設定部が設定したトルクに応じた負荷を付与する制御部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本開示によれば、撮像部の移動に対する操作性を向上することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、一実施の形態に係る医療用観察システムの外観構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、一実施の形態に係る医療用観察装置の顕微鏡部とその周辺の構成を示す拡大斜視図である。
【図３】図３は、図２の矢視Ａ方向の部分断面図である。
【図４】図４は、一実施の形態に係る医療用観察装置が備える制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、一実施の形態に係る医療用観察システムが行うトルク設定処理を示すフローチャートである。
【図６】図６は、実施の形態の変形例１に係る医療用観察システムが行うトルク設定処理を示すフローチャートである。
【図７】図７は、実施の形態の変形例２に係る医療用観察装置の顕微鏡部とその周辺の構成を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）を説明する。なお、図面はあくまで模式的なものであり、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれる場合がある。
【００２０】
（実施の形態）
図１は、本発明の一実施の形態に係る医療用観察システムの構成を示す図である。同図に示す医療用観察システム１は、被観察体の微細構造を拡大して撮像する顕微鏡としての機能を有する医療用観察装置（以下、観察装置という）２と、観察装置２に内蔵され、医療用観察システム１の動作を統括して制御する制御装置３と、観察装置２が撮像した画像を表示する表示装置４とを備える。
【００２１】
観察装置２は、床面上を移動可能なベース部５と、ベース部５に支持される支持部６と、支持部６の先端に設けられて被観察体の微小部位を拡大して撮像する柱状の顕微鏡部７と、を備える。また、観察装置２には、光ファイバ等によって構成されたライトガイドを介して観察装置２に照明光を供給する光源装置が接続されてもよい。
【００２２】
観察装置２において、例えば、制御部と顕微鏡部７との間の信号伝送を行うための信号線（細線同軸ケーブル）を含む伝送ケーブル等を含むケーブル群が、ベース部５から顕微鏡部７にわたって配設されている。ケーブル群は、支持部６に沿って配設されている。細線同軸ケーブルは、ライトガイドケーブルよりも径が細いケーブルである。
【００２３】
支持部６は、第１関節部１１、第１アーム部２１、第２関節部１２、第２アーム部２２、第３関節部１３、第３アーム部２３、第４関節部１４、第４アーム部２４、第５関節部１５、第５アーム部２５、及び第６関節部１６を有する。
【００２４】
支持部６は、２つのアーム部及び２つのアーム部の一方（先端側）を他方（基端側）に対して回動可能に連結する関節部からなる組を４組有する。この４組は、具体的には、（第１アーム部２１、第２関節部１２、第２アーム部２２）、（第２アーム部２２、第３関節部１３、第３アーム部２３）、（第３アーム部２３、第４関節部１４、第４アーム部２４）、（第４アーム部２４、第５関節部１５、第５アーム部２５）である。
【００２５】
第１関節部１１は、先端側で顕微鏡部７を回動可能に保持するとともに、基端側で第１アーム部２１の先端部に固定された状態で第１アーム部２１に保持される。第１関節部１１は円筒状をなし、高さ方向の中心軸である第１軸Ｏ1のまわりに回動可能に顕微鏡部７を保持する。第１アーム部２１は、第１関節部１１の側面から第１軸Ｏ1と直交する方向に延びる形状をなす。第１関節部１１のより詳細な構成は、後述する。
【００２６】
第２関節部１２は、先端側で第１アーム部２１を回動可能に保持するとともに、基端側で第２アーム部２２の先端部に固定された状態で第２アーム部２２に保持される。第２関節部１２は円筒状をなしており、高さ方向の中心軸であって第１軸Ｏ1と直交する軸である第２軸Ｏ2のまわりに回動可能に第１アーム部２１を保持する。第２アーム部２２は略Ｌ字状をなし、Ｌ字の縦線部分の端部で第２関節部１２に連結する。
【００２７】
第３関節部１３は、先端側で第２アーム部２２のＬ字の横線部分を回動可能に保持するとともに、基端側で第３アーム部２３の先端部に固定された状態で第３アーム部２３に保持される。第３関節部１３は、円筒状をなしており、高さ方向の中心軸であって第２軸Ｏ2と直交する軸であり、かつ第２アーム部２２が延びる方向と平行な軸である第３軸Ｏ3のまわりに回動可能に第２アーム部２２を保持する。第３アーム部２３は先端側が円筒状をなしており、基端側に先端側の円筒の高さ方向と直交する方向に貫通する孔部が形成されている。第３関節部１３は、この孔部を介して第４関節部１４に回動可能に保持される。
【００２８】
第４関節部１４は、先端側で第３アーム部２３を回動可能に保持するとともに、基端側で第４アーム部２４に固定された状態で第４アーム部２４に保持される。第４関節部１４は円筒状をなしており、高さ方向の中心軸であって第３軸Ｏ3と直交する軸である第４軸Ｏ4のまわりに回動可能に第３アーム部２３を保持する。
【００２９】
第５関節部１５は、先端側で第４アーム部２４を回動可能に保持するとともに、基端側で第５アーム部２５に固定して取り付けられる。第５関節部１５は円筒状をなしており、高さ方向の中心軸であって第４軸Ｏ4と平行な軸である第５軸Ｏ5のまわりに第４アーム部２４を回動可能に保持する。第５アーム部２５は、Ｌ字状をなす部分と、Ｌ字の横線部分から下方へ延びる棒状の部分とからなる。第５関節部１５は、基端側で第５アーム部２５のＬ字の縦線部分の端部に取り付けられる。
【００３０】
第６関節部１６は、先端側で第５アーム部２５を回動可能に保持するとともに、基端側でベース部５の上面に固定して取り付けられる。第６関節部１６は円筒状をなしており、高さ方向の中心軸であって第５軸Ｏ5と直交する軸である第６軸Ｏ6のまわりに第５アーム部２５を回動可能に保持する。第６関節部１６の先端側には、第５アーム部２５の棒状の部分の基端部が取り付けられる。
【００３１】
以上説明した構成を有する支持部６は、顕微鏡部７における並進３自由度及び回転３自由度の計６自由度の動きを実現する。
【００３２】
第１関節部１１〜第６関節部１６は、顕微鏡部７及び第１アーム部２１〜第５アーム部２５の回動をそれぞれ禁止する電磁ブレーキと、顕微鏡部７、第１アーム部２１及び第２アーム部２２の回動時に加わる負荷（トルク）をそれぞれ発生させるトルク発生部（負荷付与機構）とを有する。
各電磁ブレーキは、顕微鏡部７に設けられるアーム操作スイッチ７３（後述）が押下された状態で解除され、顕微鏡部７及び第１アーム部２１〜第５アーム部２５の回動を許容する。なお、電磁ブレーキの代わりにエアブレーキを適用してもよい。電磁ブレーキは、回動禁止手段に相当する。
トルク発生部については、後述する。
【００３３】
また、各関節部のうち、少なくとも第２関節部１２及び第３関節部１３（第２軸Ｏ2及び第３軸Ｏ3）には、上述した電磁ブレーキのほか、エンコーダ及びアクチュエータが搭載され得る。エンコーダは、例えば、第１関節部１１に設けられている場合、第１軸Ｏ1における回転角度を検出する。アクチュエータは、例えばサーボモータ等の電動モーターによって構成され、後述するフットスイッチ８の押下に基づく制御装置３の制御により駆動され、関節部における回転を所定の角度だけ生じさせる。関節部における回転角度は、フットスイッチ８の押下態様に応じて顕微鏡部７を移動させるために必要な値として、各回転軸（第１軸Ｏ1〜第６軸Ｏ6）における回転角度に基づいて制御装置３によって設定される。このように、アクチュエータ等の能動的な駆動機構が設けられる関節部は、当該アクチュエータの駆動が制御されることにより能動的に回転する回転軸を構成する。アクチュエータは、支持部を駆動する駆動手段に相当する。
【００３４】
図２は、観察装置２の顕微鏡部７とその周辺の構成を示す拡大斜視図である。図３は、図２の矢視Ａ方向の部分断面図である。以下、図２及び図３を参照して、顕微鏡部７の構成を説明する。
【００３５】
顕微鏡部７は、円筒状をなす筒状部７１と、筒状部７１の中空部に設けられ、被観察体の像を拡大して撮像する撮像部７２と、第１関節部１１〜第６関節部１６における電磁ブレーキを解除して各関節部の回動を許容する操作入力を受け付けるアーム操作スイッチ７３と、撮像部７２における拡大倍率及び被観察体までの焦点距離を変更可能な十字レバー７４と、撮像部７２の上部の周囲に形成され、第１関節部１１に嵌入される上カバー７５と、上カバー７５から第１軸Ｏ1に沿って延びる中空円筒状の軸部７６とを有する。
【００３６】
筒状部７１は、第１関節部１１よりも径が小さい円筒状をなしており、下端部の開口面には、撮像部７２を保護するカバーガラスが設けられている（図示せず）。なお、筒状部７１の形状は円筒状に限られるわけではなく、例えば高さ方向と直交する断面が楕円又は多角形であるような筒状をなしていてもよい。
【００３７】
撮像部７２は、光軸が第１軸Ｏ1と一致するようにそれぞれ配置される複数のレンズを有し、被観察体からの光を集光して結像する光学系７２１と、光学系７２１が集光した光を受光して光電変換することによって撮像信号をそれぞれ生成する２つの撮像素子７２２、７２３とを有する。なお、図２では、光学系７２１が有する複数のレンズを収容する筒状の筐体のみを記載している。
【００３８】
光学系７２１は、十字レバー７４の操作に応じて被観察体像の拡大倍率及び被観察体までの焦点距離を変更可能である。
【００３９】
撮像素子７２２、７２３は、ＣＣＤ（Charge  Coupled  Device）又はＣＭＯＳ（Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor）を用いてそれぞれ構成される。撮像素子７２２、７２３は、３次元画像生成用の撮像信号として、互いに視差を有する２つの撮像信号を生成する。これらの撮像信号は、デジタル信号として撮像素子７２２、７２３からそれぞれ出力される。
【００４０】
アーム操作スイッチ７３は、押しボタン式のスイッチである。ユーザがアーム操作スイッチ７３を押下している間、第１関節部１１〜第６関節部１６の電磁ブレーキが解除される。アーム操作スイッチ７３は、顕微鏡部７の操作時にユーザが向かい合う側面と反対側の側面、換言すると顕微鏡部７の操作時にユーザの死角となる側面に設けられる。アーム操作スイッチ７３は、観察装置２に対する操作入力を受け付ける操作入力部の一部をなす。
【００４１】
十字レバー７４は、筒状部７１の高さ方向及び該高さ方向と直交する周方向に沿って操作可能である。十字レバー７４は、筒状部７１の側面であって筒状部７１の高さ方向に沿ってアーム操作スイッチ７３の下方の側面に設けられる。十字レバー７４も、アーム操作スイッチ７３と同様に、観察装置２に対する操作入力を受け付ける操作入力部の一部をなす。
【００４２】
図２に示す位置から筒状部７１の高さ方向に沿って十字レバー７４を操作すると拡大倍率が変更され、図２に示す位置から筒状部７１の周方向に沿って十字レバー７４を操作すると被観察体までの焦点距離が変更される。例えば、筒状部７１の高さ方向に沿って十字レバー７４を上方へ動かすと拡大倍率が大きくなり、筒状部７１の高さ方向に沿って十字レバー７４を下方へ動かすと拡大倍率が小さくなる。また、筒状部７１の周方向に沿って十字レバー７４を時計回りに動かすと被観察体までの焦点距離が遠くなり、筒状部７１の周方向に沿って十字レバー７４を反時計回りに動かすと被観察体までの焦点距離が近くなる。なお、十字レバー７４の移動方向と操作の割り当ては、ここで説明したものに限られるわけではない。
【００４３】
上カバー７５は、円筒部７５１と、円筒部７５１の上端部に設けられ、円筒部７５１と同径の中空円盤部７５２とを有する。中空円盤部７５２には、第１軸Ｏ1に沿って延び、中空円盤部７５２の中空部７５２ａと連通する中空部が形成された円筒状の軸部７６が取り付けられる。中空部７５２ａや軸部７６の中空部には、撮像部７２に接続する同軸線や、顕微鏡部７の先端から出射する照明光を導光するライトガイドが挿通される。
【００４４】
次に、図３を参照して、第１関節部１１の要部の構成を説明する。第１関節部１１は、上端部が有底の円筒状をなし、顕微鏡部７の上カバー７５を内周に嵌入する外郭１１１と、顕微鏡部７の軸部７６を回動可能に軸支する軸支部１１２と、外郭１１１に固定され、軸支部１１２の外周を固定して保持する保持部１１３と、軸部７６の回動にかかる負荷を調整するトルク発生部１１４と、顕微鏡部７の移動速度を検出する検出部１１５とを有する。外郭１１１は第１アーム部２１に固定して接続される。外郭１１１の第１アーム部２１との接続部分には、貫通孔（図示せず）が形成されている。この貫通孔は、第１アーム部２１の内部と連通している。なお、図３では、電磁ブレーキやアクチュエータ等の構成を省略している。
第１関節部１１では、外郭１１１及び保持部１１３が固定部に相当し、軸部７６が可動部に相当する。
【００４５】
観察装置２では、ユーザが顕微鏡部７を自然に握ったままアーム操作スイッチ７３を押下して支持部６を操作することができる。特に、アーム操作スイッチ７３が、顕微鏡部７の側面のうちユーザの死角となる側面（ユーザが向い合う側面と反対側の側面）に設けられるため、ユーザは顕微鏡部７を手で握った状態で、顕微鏡部７を回転したり傾斜させたりしても、アーム操作スイッチ７３を押し続ける操作や、アーム操作スイッチ７３を押したり離したりする操作を違和感なく行うことができる。
【００４６】
また、観察装置２では、アーム操作スイッチ７３を備えたグリップ部を別に設ける必要がなく、顕微鏡部７を小型に構成できるため、ユーザの視界を十分に確保することができる。
【００４７】
さらに、観察装置２では、ユーザが顕微鏡部７の周囲を手で握るため、光学系７２１の光軸の位置すなわち撮像視野の方向を直感的に認識することができ、顕微鏡部７を所望の位置へ容易に移動させることができ、操作性に優れている。
【００４８】
次に、第１関節部１１に設けられるトルク発生部１１４及び検出部１１５の構成について、図３を参照して説明する。なお、図３を例に、第１関節部１１に設けられるトルク発生部１１４の構成を説明するが、第２関節部１２及び第３関節部１３にも同様のトルク発生部１１４が設けられる。
【００４９】
トルク発生部１１４は、第１軸Ｏ1のまわりに回転する軸部７６に対して、設定されるトルクに応じた負荷をかける。トルク発生部１１４は、例えば、磁性流体（ＭＲ流体）デバイスを用いて構成される。
ＭＲ流体デバイスは、保持部１１３に固定される側の固定円盤１１４１と、軸部７６に固定され、該軸部７６の回転に連動して回転可能、この場合、第１軸Ｏ1のまわりに回転可能な可動円盤１１４２と、固定円盤１１４１及び可動円盤１１４２の間に設けられ、磁性流体を収容する流体収容部１１４３とを有する。また、固定円盤１１４１及び可動円盤１１４２には、互いに反対の磁極を有する磁石がそれぞれ設けられる。なお、流体収容部１１４３には、磁性流体を浮遊させる液体も収容されている。
ＭＲ流体デバイスでは、磁性流体に磁場を与えると、鎖状クラスターを形成する。鎖状クラスターは、固定円盤１１４１と可動円盤１１４２とを接続し、可動円盤１１４２が回転する際のせん断応力を発生させる。このせん断応力が、可動円盤１１４２が回転する際に抵抗力として働く。すなわち、鎖状クラスターが発生させるせん断応力が、可動円盤１１４２のブレーキ力となる。
磁性流体に与える磁場の大きさを変えることによって、鎖状クラスターの大きさや数が変化し、地場が大きくなるほど、せん断応力が大きくなる。これを利用することによって、軸部７６の回転に対して加えるトルクの大きさを調整することができる。
なお、トルク発生部１１４は、ＭＲ流体デバイスのほか、ブラシレスＤＣモーターや、電磁ブレーキ（ばね式、パーマネント式）、電磁クラッチ等を用いて構成してもよい。
【００５０】
検出部１１５は、撮像部７の移動速度を検出する。検出部１１５は、エンコーダや、加速度センサ等の公知の変位検出器や速度検出器を用いて構成される。検出部１１５は、検出結果を制御装置３に出力する。
【００５１】
引き続き、医療用観察システム１の構成を説明する。図４は、一実施の形態に係る医療用観察装置が備える制御装置の構成を示すブロック図である。
制御装置３は、ベース部５に内蔵され（図１参照）、観察装置２が出力した撮像信号を受信し、この撮像信号に所定の信号処理を施すことによって表示用の３次元画像データを生成したり、アーム部の回動を制御したりする。制御装置３は、発生トルク設定部３１と、メモリ３２と、制御部３３と、を有する。
また、制御装置３には、ユーザが足で操作する部分であり、ユーザの押下に応じた信号を入力するフットスイッチ８が接続される。フットスイッチ８は、複数の方向に傾斜可能であり、傾斜方向に対して顕微鏡部７（撮像視野）の移動方向が割り当てられている。なお、傾斜角度によって駆動速度（例えば顕微鏡部７の移動速度）を変化させるようにしてもよい。
【００５２】
発生トルク設定部３１は、アーム操作スイッチ７３が押下された際に、検出部１１５から検出結果を取得するとともに、スイッチ押下時のズーム倍率（拡大率）、作動距離（Working  Distance：ＷＤ）、顕微鏡部７の移動速度を取得して、第１関節部１１〜第３関節部１３に発生させるトルクを設定する。
【００５３】
メモリ３２は、フラッシュメモリやＤＲＡＭ（Dynamic  Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）等の半導体メモリを用いて実現され、通信情報データ（例えば、通信用フォーマット情報など）や、フットスイッチ８の傾斜方向と関節部の回転方向との割り当てに関するデータ、後述するトルク設定に関するデータが記録されている。なお、メモリ３２は、制御装置３が実行する各種プログラム等が記録されていてもよい。
【００５４】
制御部３３は、医療用観察システム１の各部を制御する。具体的には、制御部３３は、例えば、アーム操作スイッチ７３の押下、解除に応じて、各関節部の電磁ブレーキをオンオフしたり、フットスイッチ８の押下、解除に応じてアクチュエータを駆動して関節部を回転させたり、撮像部７２による撮像処理を制御したり、撮像部７２が撮像した信号に対して画像処理を施したりする。制御部３３は、フットスイッチ８が押下されていない状態では関節部のアクチュエータをオフにし、フットスイッチ８が押下された状態では関節部のアクチュエータをオンにして、例えばフットスイッチ８の傾斜方向に応じて関節部を回転させ、顕微鏡部７の位置を変化させる。例えば、第２関節部１２（第２軸Ｏ2）と第３関節部１３（第３軸Ｏ3）にアクチュエータが設けられている場合、フットスイッチの押下によって、撮像視野を、撮像面（焦点面）において互いに直交する二つの方向に移動させることが可能である。
【００５５】
トルク設定部３１及び制御部３３は、プログラムが記録された内部メモリ（図示略）を有するＣＰＵ（Central  Processing  Unit）等の汎用プロセッサやＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）等の特定の機能を実行する各種演算回路等の専用プロセッサを用いて実現される。また、プログラマブル集積回路の一種であるＦＰＧＡ(Field  Programmable  Gate  Array：図示略)を用いて構成するようにしてもよい。なお、ＦＰＧＡにより構成される場合は、コンフィグレーションデータを記憶するメモリを設け、メモリから読み出したコンフィグレーションデータにより、プログラマブル集積回路であるＦＰＧＡをコンフィグレーションしてもよい。
【００５６】
表示装置４は、制御装置３が生成した３次元画像データを制御装置３から受信し、該３次元画像データに対応する３次元画像を表示する。このような表示装置４は、液晶又は有機ＥＬ（Electro  Luminescence）からなる表示パネルを備える。
【００５７】
以上の構成を有する医療用観察システム１を用いて行われる手術の概要を説明する。術者は、３次元画像用の眼鏡を装着して表示装置４が表示する３次元画像を目視しながら、顕微鏡部７のアーム操作スイッチ７３を押下した状態で顕微鏡部７を把持して所望の位置まで移動させ、顕微鏡部７の撮像視野を決定した後、アーム操作スイッチ７３から指を離す。これにより、第１関節部１１〜第６関節部１６では電磁ブレーキが動作し、顕微鏡部７の撮像視野が固定される。その後、術者は、拡大倍率及び被観察体までの焦点距離の調整等を行う。表示装置４は３次元画像を表示するため、術者は３次元画像を通して術部を立体的に把握することができる。
実施の形態では、少なくとも、支持部６、発生トルク設定部３１、制御部３３及びトルク発生部（トルク発生部１１４）を用いて医療用保持装置を構成する。
【００５８】
次に、医療用観察システム１が行うトルク設定処理について、図５を参照して説明する。図５は、一実施の形態に係る医療用観察システムが行うトルク設定処理を示すフローチャートである。
【００５９】
トルク設定処理において、制御部３３は、アーム操作スイッチ７３が押下されたか否かを判断する（ステップＳ１０１）。制御部３３は、アーム操作スイッチ７３が押下されていないと判断した場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、押下の判断処理を繰り返す。これに対し、制御部３３は、アーム操作スイッチ７３が押下されたと判断した場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０２に移行する。このように、トルク設定処理では、アーム操作スイッチ７３が押下され、顕微鏡部７、第１アーム部２１〜第５アーム部２５の回動の禁止状態が解除された場合に、トルク設定処理を開始する。
【００６０】
ステップＳ１０２において、制御部３３は、アーム操作スイッチ７３が押下された時点におけるズーム倍率と作動距離とを取得する。ズーム倍率は、例えばレンズ位置に基づいて算出される。作動距離は、例えば撮像部７２に設けられるエンコーダによって検出される検出値に基づいて算出される。なお、制御部３３は、例えば、メモリ３２に記憶されている現在の顕微鏡部７（撮像部７２）の設定情報から、ズーム倍率及び作動距離を抽出して取得するようにしてもよい。
【００６１】
ステップＳ１０２に続くステップＳ１０３において、発生トルク設定部３１は、顕微鏡部７の移動速度を算出する。発生トルク設定部３１は、検出部１１５から検出結果を取得して顕微鏡部７の移動速度を算出する。具体的に、発生トルク設定部３１は、例えば検出部１１５がエンコーダである場合、顕微鏡部７の変位量を電気信号に変換し、この変換後の信号を処理して移動速度を算出する。
【００６２】
ステップＳ１０３に続くステップＳ１０４において、発生トルク設定部３１は、取得したズーム倍率、作動距離及び移動速度を用いて、トルク発生部１１４に発生させるトルクを算出する。
ここで、発生トルク設定部３１は、表１に示すような、各パラメータと発生トルクとの大小関係に基づいてトルクを設定する。例えば、作動距離が長い場合や、ズーム倍率が高倍の場合は、顕微鏡部７の微小な移動によっても視野が大きく変化するため、発生トルクを大きくして動かしにくくする。また、顕微鏡部７の移動速度が速い場合は、顕微鏡７を観察位置から退避させるために、顕微鏡部７の位置を大きく動かすと考えられ、発生トルクを小さくして顕微鏡部７の移動に係る負荷を小さくする。
【表１】
2020151406.tif 000003
なお、ズーム倍率の低倍、高倍は、予め設定される基準倍率に対する高低によって決まる。
具体的に、発生トルク設定部３１は、トルクをＴTTL、ズーム倍率から算出されるパラメータをＴZOOM、作動距離から算出されるパラメータをＴWD、移動速度から算出されるパラメータをＴVとして、以下の式（１）を用いてトルクを算出する。例えば、各パラメータは、それぞれ取得した値と比例関係にある。
ＴTTL＝ＴZOOM＋ＴWD−ＴV      ・・・（１）
なお、式（１）は、第１関節部１１〜第３関節部１３で共通としてもよいし、関節部ごとにそれぞれ係数が設定された、算出結果が異なる式が設定されてもよい。算出結果が異なる場合、例えば、第３関節部１３のトルクが最も大きく、第１関節部１１のトルクが最も小さい。
【００６３】
ステップＳ１０４に続くステップＳ１０５において、制御部３３は、発生トルク設定部３１が算出したトルクを、各関節部のトルク発生部（トルク発生部１１４）に発生させる。この際、トルク発生部に矩形のパルスを入力することによってクリック感を出して、顕微鏡部７の操作において、ユーザに負荷の変化の感触を与えるようにしてもよい。
【００６４】
トルク発生部によって上述した鎖状クラスターが生じ、この鎖状クラスターによって関節部においてブレーキ力が加わる。ズーム倍率、作動距離及び移動速度を用いてトルクが設定されることによって、例えば、顕微鏡部７を退避させる場合には小さいブレーキ力が加わり、観察中の場合には大きいブレーキ力が加わる。
【００６５】
以上説明した実施の形態では、ズーム倍率、作動距離及び移動速度を用いて関節部に加える負荷（トルク）を設定するようにしたので、ユーザの顕微鏡部７の移動シーンに応じて適切なトルクで負荷がかけられる。実施の形態によれば、撮像部７２（顕微鏡部７）の移動に対する操作性を向上することができる。
【００６６】
また、従来のように、関節部に一定の負荷を付与する構成では、常に一定の負荷を与えるための電力を消費するが、実施の形態では、移動シーンに応じて負荷を調整するため、例えば、大きな負荷が不要な場合には小さな電力で負荷をかけて電力の消費を抑制できる。
【００６７】
なお、実施の形態において、アーム操作スイッチ７３が押下されておらず、電磁ブレーキが作動中の状態であっても、トルク発生部によって、発生トルク設定部３１が設定したトルクに応じた負荷を、軸部７６に付加するようにしてもよい。
【００６８】
（変形例１）
次に、上述した実施の形態の変形例１について、図６を参照して説明する。変形例１に係る医療用観察システムの構成は、上述した実施の形態と同じであるため説明を省略する。変形例１では、トルク設定処理が、実施の形態と異なる。以下、変形例１のトルク設定処理について説明する。
【００６９】
図６は、実施の形態の変形例１に係る医療用観察システムが行うトルク設定処理を示すフローチャートである。
【００７０】
トルク設定処理において、制御部３３は、アーム操作スイッチ７３が押下されたか否かを判断する（ステップＳ２０１）。制御部３３は、アーム操作スイッチ７３が押下されていないと判断した場合（ステップＳ２０１：Ｎｏ）、押下の判断処理を繰り返す。これに対し、制御部３３は、アーム操作スイッチ７３が押下されたと判断した場合（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）、ステップＳ２０２に移行する。
【００７１】
ステップＳ２０２において、制御部３３は、フットスイッチ８が押下されたか否かを判断する。制御部３３は、アーム操作スイッチ７３が押下されたと判断した場合（ステップＳ２０２：Ｙｅｓ）、ステップＳ２０１に戻る。これに対し、制御部３３は、フットスイッチ８が押下されていないと判断した場合（ステップＳ２０２：Ｎｏ）、ステップＳ２０３に移行する。
【００７２】
変形例１に係るトルク設定処理では、アーム操作スイッチ７３が押下されて顕微鏡部７、第１アーム部２１〜第５アーム部２５の回動の禁止状態が解除され、かつフットスイッチ８の押下によってアクチュエータが駆動されていない場合に、トルク設定処理を開始する。
【００７３】
ステップＳ２０３において、制御部３３は、ステップＳ１０２と同様にして、アーム操作スイッチ７３が押下された時点におけるズーム倍率と作動距離とを取得する。
【００７４】
ステップＳ２０３に続くステップＳ２０４において、発生トルク設定部３１は、ステップＳ１０３と同様にして、顕微鏡部７の移動速度を算出する。
【００７５】
ステップＳ２０４に続くステップＳ２０５において、発生トルク設定部３１は、ステップＳ１０４と同様にして、取得したズーム倍率、作動距離及び移動速度を用いて、トルク発生部１１４に発生させるトルクを算出する。
【００７６】
ステップＳ２０５に続くステップＳ２０６において、制御部３３は、ステップＳ１０５と同様にして、発生トルク設定部３１が算出したトルクを、各関節部のトルク発生部（トルク発生部１１４）に発生させる。トルク発生部によって上述した鎖状クラスターが生じ、この鎖状クラスターによって関節部においてブレーキ力が加わる。
【００７７】
以上説明した変形例１では、電磁ブレーキが解除され、かつ関節部のアクチュエータがオフとなっている場合に、ズーム倍率、作動距離及び移動速度を用いて関節部に加える負荷（トルク）を設定するようにしたので、ユーザの顕微鏡部７の移動シーンに応じて適切なトルクで負荷がかけられる。変形例１においても、実施の形態と同様に、撮像部７２（顕微鏡部７）の移動に対する操作性を向上することができる。
【００７８】
（変形例２）
次に、上述した実施の形態の変形例２について、図７を参照して説明する。図７は、実施の形態の変形例に係る医療用観察装置の顕微鏡部とその周辺の構成を示す部分断面図である。変形例２に係る医療用観察システムは、トルク発生部の構成以外は、上述した実施の形態と同じであるため、トルク発生部以外の構成等の説明を省略する。なお、変形例２では、第１関節部１１に設けられるトルク発生部１１６について説明するが、第２関節部１２、第３関節部１３にも同様のトルク発生部が設けられ得る。
【００７９】
トルク発生部１１６は、第１軸Ｏ1のまわりに回転する軸部７６に対して、設定されるトルクに応じた負荷をかける。トルク発生部１１６は、保持部１１３に設けられ、トルクを調整するトルク調整部１１６１と、軸部７６を押圧する押圧部１１６２と、トルク調整部１１６１及び押圧部１１６２の間に設けられるコイルばね１１６３とを有する。
【００８０】
トルク発生部１１６では、発生トルク設定部３１が設定したトルクに応じて、トルク調整部１１６１と押圧部１１６２との間の距離を調整する。換言すれば、設定されるトルクに応じて、トルク調整部の押圧部１１６２側への押し込み量を調整する。この際、トルク調整部１１６１と押圧部１１６２との間には、コイルばね１１６３が設けられており、押し込み量に応じて押圧部１１６２に加える荷重が変化する。具体的に、押し込み量が大きくなる、すなわち、トルク調整部１１６１と押圧部１１６２との間の距離が短くなると、コイルばね１１６３による押圧部１１６２への荷重が相対的に大きくなる。これにより、押圧部１１６２が軸部７６を押圧する荷重Ｆ1が大きくなり、軸部７６の回動に抵抗する力が大きくなる。一方、押し込み量が小さくなる、すなわち、トルク調整部１１６１と押圧部１１６２との間の距離が長くなると、コイルばね１１６３による押圧部１１６２への荷重Ｆ1が相対的に小さくなる。これにより、押圧部１１６２が軸部７６を押圧する荷重が大きくなり、軸部７６に付加するトルクが小さくなる。
なお、トルクに対する押し込み量は、コイルばねのばね定数によって決まる。
【００８１】
以上説明したように、トルク調整部１１１の押し込み量を、設定されるトルクに応じて調整することによって、軸部７６の回動に抵抗する負荷を調整することができる。変形例においても、ズーム倍率、作動距離及び移動速度を用いて関節部に加える負荷（トルク）が設定され、ユーザの顕微鏡部７の移動シーンに応じて適切なトルクで負荷がかけられる。
【００８２】
ここまで、本発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明は、上述した実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。例えば、支持部６は、２つのアーム部及び該２つのアーム部の一方を他方に対して回動可能に連結する関節部からなる組を少なくとも１組有していればよい。
【００８３】
なお、上述した実施の形態では、式（１）によってトルクを算出する例を説明したが、ズーム倍率、作動距離及び移動速度を入力して、入力値に応じたトルクが出力されるテーブルを用いてトルクを決定してもよい。
【００８４】
また、上述した実施の形態おいて、第１関節部１１〜第６関節部１６の角度を検出し、その姿勢から顕微鏡７の移動方向を検出して、この移動方向（例えば第１軸Ｏ1に対する移動方向の角度）の変位量に応じた係数を上式（１）に乗じて、姿勢と顕微鏡部７の移動方向を反映したトルクを算出するようにしてもよい。
【００８５】
また、上述した実施の形態おいて、トルク発生部が第１関節部１１〜第３関節部１３に設けられる例を説明したが、トルク発生部は一つ以上の関節部に設けられればよい。トルク発生部は、例えば、第２関節部１２のみに設けてもよいし、第２関節部１２及び第３関節部１３のみに設けてもよいし、第１関節部１１〜第６関節部１６に設けてもよい。
【００８６】
また、上述した実施の形態おいて、関節部には、電磁ブレーキ及びトルク発生部が設けられる例を説明したが、電磁ブレーキを設けずに、トルク発生部によって関節部を固定するようにしてもよい。
【００８７】
また、上述した実施の形態では、制御装置３がベース部５に内蔵される例を説明したが、制御装置３を、観察装置２とは別体で設けるようにしてもよい。
【００８８】
また、上述した実施の形態では、支持部６が顕微鏡部７を保持する例を説明したが、支持部６は、顕微鏡部７に限らず、撮像可能な構成を有する部材を保持してもよい。例えば、支持部６が、先端において、硬性内視鏡を保持するようにしてもよいし、軟性内視鏡の先端を保持するようにしてもよい。支持部６が内視鏡を保持する場合、ベース部５及び支持部６は、内視鏡ホルダーとして機能する。
【００８９】
また、撮像部７２は、撮像素子を１つ又は３つ以上有する構成としてもよい。このうち、撮像部７２が撮像素子を１つだけ有する場合、表示装置４は２次元画像を表示することとなる。
【００９０】
また、筒状部７１に設ける操作入力部は上述したものに限られるわけではない。例えば、拡大倍率変更用の操作部と、被観察体までの焦点距離変更用の操作部とを別に設けてもよい。
【００９１】
また、実施の形態では、関節部に設けられるアクチュエータを、フットスイッチ８によって駆動させる例を説明したが、これに限らず、手で押下するスイッチ等、足以外で操作するスイッチによって操作する構成としてもよい。
【００９２】
また、医療用観察装置を、設置場所の天井から吊り下げて配置する構成としてもよい。
【００９３】
このように、本発明は、特許請求の範囲に記載した技術的思想を逸脱しない範囲内において、さまざまな実施の形態等を含み得るものである。
【００９４】
以上のように、本発明にかかる医療用保持装置及び医療用観察システムは、撮像部の移動に対する操作性を向上するのに有用である。
【符号の説明】
【００９５】
１  医療用観察システム
２  医療用観察装置
３  制御装置
４  表示装置
５  ベース部
６  支持部
７  顕微鏡部
８  フットスイッチ
１１  第１関節部
１２  第２関節部
１３  第３関節部
１４  第４関節部
１５  第５関節部
１６  第６関節部
２１  第１アーム部
２２  第２アーム部
２３  第３アーム部
２４  第４アーム部
２５  第５アーム部
３１  発生トルク設定部
３２  メモリ
３３  制御部
７１  筒状部
７２  撮像部
７３  アーム操作スイッチ
７４  十字レバー
７５  上カバー
７６  軸部
１１１  外郭
１１２  軸支部
１１３  保持部
１１４  トルク発生部
１１５  検出部
【図１】
2020151406.tif 000004
【図２】
2020151406.tif 000005
【図３】
2020151406.tif 000006
【図４】
2020151406.tif 000007
【図５】
2020151406.tif 000008
【図６】
2020151406.tif 000009
【図７】
2020151406.tif 000010