(57)【要約】  術部の画像を撮影する撮像部（１１０）と、前記撮像部が接続され、少なくとも６自由度で動作可能に回転軸が設けられる保持部（１２０）と、を備え、前記回転軸のうち、少なくとも２軸は当該回転軸の状態に基づいて駆動が制御される能動軸（２２０，２３０）であり、少なくとも１軸は接触を伴う外部からの直接的な操作に従って回転する受動軸である、医療用観察装置。
2016017532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
術部の画像を撮影する撮像部と、  前記撮像部が接続され、少なくとも６自由度で動作可能に回転軸が設けられる保持部と、  を備え、  前記回転軸のうち、少なくとも２軸は当該回転軸の状態に基づいて駆動が制御される能動軸であり、少なくとも１軸は接触を伴う外部からの直接的な操作に従って回転する受動軸である、医療用観察装置。
【請求項２】
前記能動軸の駆動が所定の条件に基づいて制御されることにより、前記撮像部の位置及び姿勢が制御される、  請求項１に記載の医療用観察装置。
【請求項３】
前記撮像部が移動する際に、移動後の前記撮像部による観察点が移動前の前記撮像部による観察点と一致するように、前記能動軸の駆動が制御される、  請求項２に記載の医療用観察装置。
【請求項４】
前記能動軸には、前記撮像部の傾斜を決定可能な２つの回転軸が少なくとも含まれる、  請求項３に記載の医療用観察装置。
【請求項５】
前記能動軸には、前記撮像部の光軸と互いに直交する第１の回転軸と、前記光軸及び前記第１の回転軸と互いに直交する第２の回転軸と、が含まれる、  請求項４に記載の医療用観察装置。
【請求項６】
前記保持部は、カウンターウエイトを有するバランスアームである、  請求項１に記載の医療用観察装置。
【請求項７】
前記回転軸には、当該回転軸の状態を検出する状態検出部が設けられ、  前記能動軸として機能する前記回転軸には、当該回転軸における回転を駆動するアクチュエータが更に設けられ、  前記能動軸においては、前記状態検出部によって検出された前記回転軸の各々の状態に基づいて、前記アクチュエータの駆動が制御される、  請求項１に記載の医療用観察装置。
【請求項８】
前記状態検出部は、前記回転軸における回転角度を検出するエンコーダを含み、  前記能動軸においては、前記エンコーダによって検出された前記回転軸の各々の回転角度に基づいて、前記アクチュエータの駆動が制御される、  請求項７に記載の医療用観察装置。
【請求項９】
前記能動軸に設けられる前記状態検出部は、少なくとも前記能動軸に負荷される外力を検出する力センサを更に含み、  前記能動軸においては、前記エンコーダによって検出された前記回転軸の各々の回転角度と、前記力センサによって検出された前記能動軸の各々における応力値と、に基づいて、前記アクチュエータの駆動が制御される、  請求項８に記載の医療用観察装置。
【請求項１０】
前記能動軸には、前記撮像部の傾斜を決定可能な２つの回転軸と、前記撮像部と観察点との距離を決定可能な１つの回転軸と、が少なくとも含まれ、  前記撮像部が移動する際に、移動後の前記撮像部による観察点が移動前の前記撮像部による観察点と一致するように、観察点が前記撮像部の光軸上に位置し、かつ、前記撮像部と前記観察点との距離が一定に保たれるように、前記能動軸の駆動が制御される、  請求項１に記載の医療用観察装置。
【請求項１１】
前記保持部の動作モードは、前記撮像部が移動する際に移動後の前記撮像部による観察点が移動前の前記撮像部による観察点と一致するように前記能動軸の駆動が制御されるポイントロックモードと、前記回転軸における回転が固定される固定モードと、のいずれかに少なくとも切り替え可能である、  請求項１に記載の医療用観察装置。
【請求項１２】
前記撮像部はＡＦ機能を有し、  前記ポイントロックモードにおいて前記撮像部が移動する際に前記観察点に対して焦点を合わせるように、前記ＡＦ機能が常に作動される、  請求項１１に記載の医療用観察装置。
【請求項１３】
前記撮像部はＡＦ機能を有し、  前記ポイントロックモードから前記固定モードに移行する際に、前記観察点に対して焦点を合わせるように前記ＡＦ機能が作動される、  請求項１１に記載の医療用観察装置。
【請求項１４】
前記能動軸には、前記撮像部の光軸と互いに直交する第１の回転軸と、前記光軸及び前記第１の回転軸と互いに直交する第２の回転軸と、が含まれ、  前記第１及び第２の回転軸には、前記第１及び第２の回転軸における回転角度を検出するエンコーダと、少なくとも前記第１及び第２の回転軸に負荷される外力を検出する力センサと、前記第１及び第２の回転軸における回転を駆動するアクチュエータと、が設けられ、  前記撮像部を移動させるために外力が負荷された際に、前記第１及び第２の回転軸の前記力センサの検出値に基づいて検出される前記外力の方向に、前記外力が負荷されている間、前記撮像部を移動させるように、前記能動軸の前記エンコーダ及び前記力センサによる検出値に基づいて前記能動軸の前記アクチュエータの駆動が制御される、  請求項１に記載の医療用観察装置。
【請求項１５】
術部の画像を撮影する撮像部と、  前記撮像部が接続され、少なくとも６自由度で動作可能に回転軸が設けられる保持部と、  を備え、  前記回転軸のうち、前記撮像部の光軸と互いに直交する第１の回転軸と、前記光軸及び前記第１の回転軸と互いに直交する第２の回転軸と、の少なくとも２軸は、当該回転軸の状態に基づいて駆動が制御される能動軸であり、少なくとも１軸は、接触を伴う外部からの直接的な操作に従って回転する受動軸であり、  前記第１及び第２の回転軸には、前記第１及び第２の回転軸における回転角度を検出するエンコーダと、少なくとも前記第１及び第２の回転軸に負荷される外力を検出する力センサと、前記第１及び第２の回転軸における回転を駆動するアクチュエータと、が設けられる、医療用観察装置。
【請求項１６】
前記撮像部を移動させるために外力が負荷された際に、前記第１の回転軸及び前記第２の回転軸の前記力センサの検出値に基づいて検出される前記外力の方向に、前記外力が負荷されている間、前記撮像部を移動させるように、前記エンコーダ及び前記力センサによる検出値に基づいて前記アクチュエータの駆動が制御される、  請求項１５に記載の医療用観察装置。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本開示は、医療用観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、脳神経外科等の外科手術においては、微細な術部を拡大観察しながら手術を行うために、医療用顕微鏡（手術用顕微鏡）が用いられている。例えば脳神経外科手術においては、その術部は非常に小さい領域であるため、手術用顕微鏡の位置及び姿勢を高精度に移動、固定できることが求められる。そのため、手術用顕微鏡をバランスアームやロボットアームによって保持する技術が開発されている。【０００３】  一方、外科手術においては、観察点を固定したまま（すなわち、手術用顕微鏡の光軸上に観察点が常に位置するように）手術用顕微鏡を傾斜移動させることにより、同一の術部を異なる角度から観察したいという要望がある。このように、観察点を固定したまま手術用顕微鏡が移動する動作のことを、ポイントロック動作又はピボット動作とも呼称し、ポイントロック動作及びピボット動作を用いた術部の観察のことを、ポイントロック観察又はピボット観察とも呼称する。手術用顕微鏡を保持するバランスアームやロボットアームにおいては、ポイントロック動作を実現するための技術が開発されている。【０００４】  例えば、特許文献１には、手術用顕微鏡を保持する保持部（アーム部）を、平行四辺形リンク機構を複数組み合わせて構成することにより、手術用顕微鏡の移動可能範囲を機械的に規制し、ポイントロック動作を実現するバランスアームが開示されている。また、例えば、特許文献２には、患者に取り付けられたマーカに基づいて患者の位置及び姿勢を検出し、先端に接続された医療用の処置具によって自動的に患者に対して所定の処置を施すように駆動される、６自由度を有するロボットアームが開示されている。特許文献２に記載の技術において、処置具の代わりに医療用顕微鏡を設け、例えば位置制御により保持部の各関節部の駆動を適宜制御することにより、ポイントロック動作を実現できる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２６６５５５号公報
【特許文献２】特表２０１１−５０２８０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  しかし、上記特許文献１に記載の技術では、機械的に手術用顕微鏡の移動を規制するために、保持部が、バランスアームを二重に備えた複雑な構成を有しており、装置が大型化してしまう可能性がある。また、上記特許文献２に記載されているような６自由度を有するロボットアームにおいては、先端（処置具や医療用顕微鏡が接続される側）の関節部から後方（保持部の根元に当たる側）の関節部に向かうに従い、関節部が駆動すべき保持部の構成が大きくなるため、関節部に搭載される駆動装置（例えばアクチュエータ）にも、後方に向かうにつれて大きな出力が要求される。従って、６自由度のロボットアームでは、後方に向かうにつれて各関節部の構成が大型化する傾向があり、装置全体も大型化する恐れがある。【０００７】  このように、特許文献１、２に記載の技術では、装置の構成が大型化する可能性がある。一方、手術中には、ポイントロック観察が複数回行われることが想定され、また、その際の観察点及び観察方向も多様に変化し得る。従って、ポイントロック観察においては、手動操作によってより簡単に顕微鏡の移動が行えることが望まれる。上記事情に鑑みれば、より小型で簡易な構成によって、高い操作性を保ちつつ、ポイントロック動作のようなユーザの所望の動作を実現する技術が求められていた。【０００８】  そこで、本開示では、より小型で簡易な構成によって、高い操作性を確保することが可能な、新規かつ改良された医療用観察装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  本開示によれば、術部の画像を撮影する撮像部と、前記撮像部が接続され、少なくとも６自由度で動作可能に回転軸が設けられる保持部と、を備え、前記回転軸のうち、少なくとも２軸は当該回転軸の状態に基づいて駆動が制御される能動軸であり、少なくとも１軸は接触を伴う外部からの直接的な操作に従って回転する受動軸である、医療用観察装置が提供される。【００１０】  また、本開示によれば、術部の画像を撮影する撮像部と、前記撮像部が接続され、少なくとも６自由度で動作可能に回転軸が設けられる保持部と、を備え、前記回転軸のうち、前記撮像部の光軸と互いに直交する第１の回転軸と、前記光軸及び前記第１の回転軸と互いに直交する第２の回転軸と、の少なくとも２軸は、当該回転軸の状態に基づいて駆動が制御される能動軸であり、少なくとも１軸は、接触を伴う外部からの直接的な操作に従って回転する受動軸であり、前記第１及び第２の回転軸には、前記第１及び第２の回転軸における回転角度を検出するエンコーダと、少なくとも前記第１及び第２の回転軸に負荷される外力を検出する力センサと、前記第１及び第２の回転軸における回転を駆動するアクチュエータと、が設けられる、医療用観察装置が提供される。【００１１】  本開示によれば、少なくとも６自由度を有する保持部に設けられる回転軸のうち、少なくとも２軸が、各回転軸の状態に基づいて駆動する能動軸として機能し、少なくとも１軸が、直接的な操作に従って回転する受動軸として機能する。このように、能動軸の数が減少されたより簡易な構成でありながら、当該能動軸の駆動を適宜制御することにより、術者（ユーザ）にとって所望の動作において、高い操作性を実現することが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】  以上説明したように本開示によれば、より小型で簡易な構成によって、高い操作性を確保することが可能となる。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、また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、また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】
【００１３】
【図１】ポイントロック観察時の顕微鏡の動きについて説明するための説明図である。
【図２】本開示の第１の実施形態に係る医療用観察装置の一構成例を示す図である。
【図３】図２に示す撮像部の一構成例を示す図である。
【図４】図２に示す回転軸部のうち、能動軸に対応する回転軸部の一構成例を示す図である。
【図５】第１の実施形態に係る医療用観察装置の機能構成の一例を示す機能ブロック図である。
【図６】本開示の第２の実施形態に係る医療用観察装置の一構成例を示す図である。
【図７】図６に示す回転軸部のうち、能動軸に対応する回転軸部の一構成例を示す図である。
【図８】第２の実施形態に係る医療用観察装置の機能構成の一例を示す機能ブロック図である。
【図９】本開示の第３の実施形態に係る医療用観察装置の一構成例を示す図である。
【図１０】作業空間を確保するために撮像部を観察点から遠ざける操作を概略的に示す図である。
【図１１】応力検知に基づく力制御によって撮像部を移動させる変形例が適用された場合における、当該撮像部の移動について説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】  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。
【００１５】  なお、説明は以下の順序で行うものとする。  １．一般的な医療用観察装置についての検討  ２．第１の実施形態    ２−１．装置構成    ２−２．使用時の動作    ２−３．装置の機能構成  ３．第２の実施形態    ３−１．装置構成    ３−２．使用時の動作    ３−３．装置の機能構成  ４．第３の実施形態    ４−１．装置構成    ４−２．使用時の動作  ５．変形例    ５−１．撮像部がＡＦ機能を有する変形例    ５−２．応力検知に基づく力制御によって撮像部を移動させる変形例  ６．補足
【００１６】  （１．一般的な医療用観察装置についての検討）  本開示の好適な一実施形態について説明するに先立ち、本発明者らが一般的な医療用観察装置について検討した結果について説明するとともに、以下に説明する実施形態に想到した背景について説明する。
【００１７】  上述したように、例えば脳神経外科等の外科手術においては、手術用顕微鏡（以下、単に顕微鏡とも呼称する。）によって術部を撮影し、その撮影された映像を参照しながら術者によって手術が実行されることがある。顕微鏡の位置及び姿勢を高精度に調整するために、当該顕微鏡をバランスアームやロボットアームによって保持する医療用観察装置が用いられている。例えば、顕微鏡を保持する保持部（アーム部）をカウンターウエイトを有したバランスアームによって構成することにより、術者はあたかも無重力のような感覚で顕微鏡を移動させることが可能になる。
【００１８】  ここで、一般的に、６自由度を有する保持部によって顕微鏡が保持される場合について考える。顕微鏡の移動は、平行移動と傾斜移動の２つに分けることができる。平行移動では、顕微鏡の平面内での位置が変化し、傾斜移動では、顕微鏡の姿勢（すなわち、観察方向（光軸の方向））が変化する。例えば、平行移動は、顕微鏡の姿勢にもよるが、６自由度のうち１〜３自由度を機能させることにより実現することができる。術者は、顕微鏡によって撮影された画像（撮像画像）を参照しながら当該顕微鏡を平行移動させることにより、例えば観察点を視野内に捉えたまま、当該観察点から所定の距離離れた次の観察点を視野の中心にするような顕微鏡の移動を、比較的容易に行うことができる。
【００１９】  一方、手術時には、例えば血管等の対象物の側面を観察したり、死角となっている部位を観察したりといった、同一の術部を異なる角度から観察したいという要望、すなわち、ポイントロック観察を行いたいという要望がある。図１に、ポイントロック観察時における顕微鏡の動きを概略的に示す。図１は、ポイントロック観察時の顕微鏡の動きについて説明するための説明図である。
【００２０】  図示するように、ポイントロック観察を行う際には、観察点７６２が顕微鏡７６１の光軸上に常に位置するように、すなわち、移動後の顕微鏡７６１による観察点７６２が移動前の顕微鏡７６１による観察点７６２と一致するように、顕微鏡７６１が移動する。このような動作を実現するためには、顕微鏡７６１には、平行移動と傾斜移動とが組み合わされた複雑な動きが求められる。
【００２１】  例えば、既存の一般的なバランスアームを用いて、術者が手動で顕微鏡７６１を移動させてポイントロック観察を行う場合について考える。この場合、術者は、移動後の顕微鏡７６１の位置及び姿勢を予め正確に認識することはできないため、顕微鏡７６１による撮像画像を参照しながら、顕微鏡７６１を平行移動させる操作と、顕微鏡７６１を傾斜移動させる操作とを組み合わせて実行することにより、所望の顕微鏡７６１の位置及び姿勢を探索しなければならない。
【００２２】  バランスアームを用いることにより、術者はより小さな力で顕微鏡７６１を移動させることが可能であるため、顕微鏡７６１の移動操作自体は大きな負担とはならない。しかしながら、例えば脳神経外科手術等において行われるいわゆるマイクロサージャリーでは、直径３０（ｍｍ）程度の小さな範囲を高倍率で拡大観察しながら手術が行われることがある。従って、顕微鏡７６１の位置及び姿勢を変化させることにより、観察点が視野内から容易に外れてしまう。よって、視野内に観察点を収めつつ当該観察点を所望の方向から観察可能な顕微鏡７６１の位置及び姿勢を探索することは、必ずしも簡単な操作とは言えない。また、一般的に、手術中には、観察点を変更しながらポイントロック観察が頻繁に行われることが想定される。従って、ポイントロック観察においては、手動操作によってより簡単に顕微鏡７６１の移動が行えることが望まれていた。
【００２３】  そこで、上述したように、上記特許文献１に記載のバランスアームでは、保持部の構成を工夫し、ポイントロック動作が実現されるように機械的に顕微鏡の動きを規制することにより、ポイントロック観察時において、比較的簡易な操作による顕微鏡７６１の移動を可能としている。しかしながら、上記特許文献１に記載のバランスアームでは、機械的に顕微鏡の動きを規制するために、保持部の構成が複雑なものとなり、装置が大型化、重量化する可能性がある。また、手術用顕微鏡の姿勢制御がワイヤー等の伝達部材により伝達されているため、例えば経年によるワイヤーの劣化により観察点がずれてしまう等、部材同士の機械的なずれに起因して、意図した通りのポイントロック動作が実現されない可能性がある。
【００２４】  また、同じく上述したように、上記特許文献２には、６自由度を有するロボットアームにおいて、各関節部に搭載される駆動装置によって各関節部の駆動を能動的に制御することにより、保持部の先端に設けられる処置具を所定のプログラムに従って自動的に移動させる技術が開示されている。特許文献２に記載の技術において、処置具として顕微鏡を装着し、例えば位置制御によって各関節部の駆動を適宜制御することにより、術者による煩雑な操作は必要なく、ポイントロック動作に相当する顕微鏡の移動が実現され得る。しかしながら、全ての関節部に駆動装置が設けられる構成では、保持部の後方（保持部の根元に当たる側）に配置される関節部の駆動装置には、当該保持部のうち自身よりも先端側の構成を支持し、移動させるだけの出力が求められることとなり、やはり装置が大型化する可能性がある。
【００２５】  ここで、手術室内には、他の装置や、手術を実行又は補佐する多数のスタッフ等が存在し得るため、一般的に、手術に用いられる装置には、より小型であることが求められる。しかしながら、上述してきたように、上記特許文献１、２に例示されるような既存の医療用観察装置では、ポイントロック観察時における顕微鏡の移動操作を比較的簡易なものにすることができる可能性がある反面、装置が大型化する傾向があり、上記のような装置の小型化の要請を、必ずしも満足するものとは言えなかった。
【００２６】  一方、同じく各関節部の駆動を能動的に制御可能なロボットアームの中には、力制御を用いて、保持部におけるモーメント等の力学的なアンバランスをキャンセルするように、各関節部の駆動を制御することにより、バランスアームに近い操作性を実現可能なものが存在する。しかしながら、このようなロボットアームの関節部は、アクチュエータ及び減速機構によって構成されることが多く、このような構成においては、単純に軸受（ベアリング）によって各回転軸が構成されるバランスアームに比べて、滑らかな動きを実現することが難しく、操作性が劣る可能性がある。
【００２７】  以上説明したように、本発明者らは、一般的な医療用観察装置について検討した結果、より高い操作性を確保しつつ、より小型で簡易な構成によって、ポイントロック動作のようなユーザの所望の動作を実現可能な技術が求められているとの知見を得た。本発明者らは、上記のような要望を満たす構成について鋭意検討した結果、以下に説明する、本開示の好適な実施形態に想到した。以下では、本発明者らが想到した、本開示のいくつかの好適な実施形態について詳細に説明する。
【００２８】  （２．第１の実施形態）  （２−１．装置構成）  図２−４を参照して、本開示の第１の実施形態に係る医療用観察装置の構成について説明する。図２は、本開示の第１の実施形態に係る医療用観察装置の一構成例を示す図である。図３は、図２に示す撮像部の一構成例を示す図である。図４は、図２に示す回転軸部のうち、能動軸に対応する回転軸部の一構成例を示す図である。なお、以下では、医療用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、当該記載は医療用観察装置を使用するユーザを限定するものではなく、医療用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。
【００２９】  図２を参照すると、第１の実施形態に係る医療用観察装置１０は、患者の術部を撮影する撮像部１１０と、撮像部１１０を保持する保持部１２０（アーム部１２０）と、保持部１２０の一端が接続され撮像部１１０及び保持部１２０を支持するベース１３０（基台１３０）と、医療用観察装置１０の動作を制御する制御コントローラ１４０と、を備える。図２では、医療用観察装置１０の撮像部１１０によって、手術台７１０の上に横臥している患者７２０の術部７３０（観察点７３０）が撮影されている様子を図示している。
【００３０】  ベース１３０は、撮像部１１０及び保持部１２０を支持する。ベース１３０は板状の形状を有し、その上面に保持部１２０の一端が接続される。ベース１３０から延伸される保持部１２０の他端（先端）に撮像部１１０が接続されることとなる。ベース１３０の下面には複数のキャスター１３１が設けられており、医療用観察装置１０は、キャスター１３１を介して床面と接地する。医療用観察装置１０は、キャスター１３１によって床面上を移動可能に構成されている。
【００３１】  なお、以下の説明では、医療用観察装置１０が設置される床面に対して鉛直方向をｚ軸方向と定義する。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。図示する例では、撮像部１１０の光軸方向は、ｚ軸方向と略一致している。
【００３２】  制御コントローラ１４０は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）やＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｏｃｅｓｓｏｒ）等のプロセッサ、若しくはこれらのプロセッサが搭載されたマイコン等によって構成され、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、医療用観察装置１０の動作を制御する。例えば、第１の実施形態では、保持部１２０は複数の動作モード（固定モード、オールフリーモード及びポイントロックモード）を有する。制御コントローラ１４０は、術者の操作入力に応じて、保持部１２０の動作モードを切り替えることができる。ここで、固定モードは、保持部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、撮像部１１０の位置及び姿勢が固定される動作モードである。オールフリーモードは、ブレーキが解除されることにより、保持部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、術者による手動での直接的な操作によって撮像部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、術者が例えば手を撮像部１１０に接触させて当該撮像部１１０を移動させる操作のことを意味する。ポイントロックモードは、保持部１２０に設けられる回転軸のうちの一部が術者による直接的な操作に従って回転する受動軸として振る舞うとともに、他の回転軸がその回転駆動が所定の条件に基づいて制御される能動軸として振る舞うことにより、撮像部１１０のポイントロック動作が実行されるモードである。
【００３３】  また、制御コントローラ１４０は、上述したポイントロックモードにおける能動軸の駆動を制御する。具体的には、制御コントローラ１４０は、撮像部１１０における焦点距離についての情報に基づいて、撮像部１１０から観察点７３０までの距離を算出することができる。また、保持部１２０の各回転軸には、当該回転軸の回転角度を検出するエンコーダ（後述するエンコーダ２１２、２２２、２３２、２９２、２５２、２６２）が設けられており、制御コントローラ１４０は、これらのエンコーダの検出値に基づいて、撮像部１１０の３次元的な位置及び姿勢を算出することができる。制御コントローラ１４０は、算出した撮像部１１０から観察点７３０までの距離と、撮像部１１０の３次元的な位置及び姿勢と、に基づいて、移動後の撮像部１１０による観察点７３０が移動前の撮像部１１０による観察点７３０と一致するように、能動軸に設けられるアクチュエータの駆動を制御する。これにより、ポイントロックモードにおいては、ポイントロック動作を行うように撮像部１１０が移動することとなる。
【００３４】  なお、制御コントローラ１４０の機能については、下記（２−３．装置の機能構成）において改めて詳しく説明する。
【００３５】  撮像部１１０は、例えば顕微鏡であり、患者の術部を撮影する。撮像部１１０は、ディスプレイ装置等の表示装置（図示せず。）に対して撮影した画像情報を送信可能に構成される。術者は、撮像部１１０によって撮影され、当該表示装置に表示された撮像画像を参照しながら、術部を観察し、当該術部に対して各種の処置を行う。
【００３６】  撮像部１１０には、撮像部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、保持部１２０の動作モードを変更するためのオールフリースイッチ１５３（オールフリーＳＷ１５３）及びポイントロックスイッチ１５４（ポイントロックＳＷ１５４）が設けられる。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、撮像部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、オールフリーＳＷ１５３及びポイントロックＳＷ１５４を操作することにより、保持部１２０の動作モードを、固定モード、オールフリーモード及びポイントロックモードのいずれかに切り替えることができる。
【００３７】  なお、これらのスイッチは必ずしも撮像部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医療用観察装置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、医療用観察装置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、遠隔的に医療用観察装置１０に対して入力されてもよい。
【００３８】  また、図面が煩雑になることを避けるために図２では図示を省略しているが、撮像部１１０の一部領域には、術者によって把持される把持部が設けられ得る。術者は、当該把持部を手で握り、撮像部を手動で平行移動及び傾斜移動させることができる。なお、下記（２−２．使用時の動作）で説明するように、第１の実施形態では、術者は把持部を握った状態で、オールフリーＳＷ１５３及びポイントロックＳＷ１５４を操作する。従って、把持部、オールフリーＳＷ１５３及びポイントロックＳＷ１５４の配置位置は、互いの相対的な位置関係と術者の操作性を考慮して決定されることが好ましい。
【００３９】  図３を参照して、撮像部１１０の構成についてより詳細に説明する。図３では、撮像部１１０の、光軸を通る平面での断面図を示している。図３を参照すると、撮像部１１０の筐体１１５の内部には、いわゆるステレオカメラに対応して、１対の撮像素子１１１ａ、１１１ｂが設けられる。撮像素子１１１ａ、１１１ｂとしては、例えばＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）センサやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサ等の公知の各種の撮像素子が適用されてよい。撮像素子１１１ａ、１１１ｂによって撮影された画像についての情報が、手術室内に設けられる表示装置に送信されることにより、術部の撮像画像が当該表示装置に表示されることとなる。
【００４０】  撮像素子１１１ａ、１１１ｂの前段には、対物光学系を構成する１対の凹レンズ１１２ａ及び凸レンズ１１２ｂ、変倍光学系を構成する凸レンズ１１３ａ、凹レンズ１１３ｂ及び凸レンズ１１３ｃ、並びに、結像光学系を構成する凸レンズ１１４ａが配置される。また、凸レンズ１１３ａ、凹レンズ１１３ｂ及び凸レンズ１１３ｃ、並びに、凸レンズ１１４ａは、各撮像素子１１１ａ、１１１ｂに対応して、２組設けられる。対物光学系を構成する凹レンズ１１２ａ及び凸レンズ１１２ｂを通過して撮像部１１０に入射した光は、各撮像素子１１１ａ、１１１ｂに対応して設けられる変倍光学系を構成する凸レンズ１１３ａ、凹レンズ１１３ｂ及び凸レンズ１１３ｃ、並びに、結像光学系を構成する凸レンズ１１４ａをこの順に追加して、撮像素子１１１ａ、１１１ｂ上に結像されることとなる。なお、図面が煩雑になることを避けるために図３では図示を省略しているが、撮像部１１０の筐体１１５内に設けられる各構成部材は、各種の支持部材によって筐体１１５に対して適宜支持されている。
【００４１】  対物光学系を構成する凹レンズ１１２ａ及び凸レンズ１１２ｂのうちの一方、例えば筐体１１５に対してより外側に配置される凹レンズ１１２ａは筐体１１５に固定されており、他方、例えばより内側に配置される凸レンズ１１２ｂはｚ軸方向（光軸方向）に移動可能に構成される。図３に示すように、凸レンズ１１２ｂを筐体１１５に対して支持する支持部材１１６には、当該支持部材１１６及び凸レンズ１１２ｂをｚ軸方向に移動させるためのリードねじ１１７及び当該リードねじ１１７をｚ軸方向を回転軸方向として回転させるモータ１１８が配置される。上述したフォーカスＳＷ１５２に対する操作入力に応じてモータ１１８が駆動されることにより、凸レンズ１１２ｂの光軸上での位置が移動し、撮像部１１０の焦点距離が調整されることとなる。また、モータ１１８には、モータ１１８の回転数を検出するためのエンコーダ１１９が設けられる。エンコーダ１１９による検出値は、制御コントローラ１４０に随時提供され得る。エンコーダ１１９による検出値は、凸レンズ１１２ｂの光軸上の位置を示す値であるため、制御コントローラ１４０は、エンコーダ１１９による検出値に基づいて、撮像部１１０の焦点距離及び／又は作動距離（ＷＤ：Ｗｏｒｋｉｎｇ  Ｄｉｓｔａｎｃｅ）を算出することができる。
【００４２】  なお、上記の例では、凹レンズ１１２ａが固定され、凸レンズ１１２ｂが移動可能に構成されることにより、撮像部１１０の焦点距離が調整される場合について説明したが、第１の実施形態はかかる例に限定されない。撮像部１１０の焦点距離を調整するためには、凹レンズ１１２ａ及び凸レンズ１１２ｂの光軸上における相対距離が調整されればよいため、凹レンズ１１２ａ及び凸レンズ１１２ｂのいずれか又は双方が移動可能に構成されてよく、その具体的な構成は限定されない。また、凹レンズ１１２ａ及び凸レンズ１１２ｂのいずれか又は双方を移動させるための移動機構も、上述した例に限定されず、あらゆる公知の機構が用いられてよい。
【００４３】  変倍光学系を構成する凸レンズ１１３ａ、凹レンズ１１３ｂ及び凸レンズ１１３ｃも、その一部のレンズ又は全てのレンズが、ｚ軸方向に移動可能に構成される。凸レンズ１１３ａ、凹レンズ１１３ｂ及び／又は凸レンズ１１３ｃを光軸上で移動させることにより、撮像部１１０による撮像画像の倍率を調整することができる。なお、簡単のため図３では図示を省略しているが、凸レンズ１１３ａ、凹レンズ１１３ｂ及び／又は凸レンズ１１３ｃに対しても、凸レンズ１１２ｂと同様に、これらのレンズをｚ軸方向に移動させるための移動機構が設けられる。上述したズームＳＷ１５１に対する操作入力に応じて当該移動機構が駆動されることにより、凸レンズ１１３ａ、凹レンズ１１３ｂ及び／又は凸レンズ１１３ｃの光軸上での位置が移動し、撮像部１１０の倍率が調整され得る。
【００４４】  以上、図３を参照して、撮像部１１０の構成について詳しく説明した。
【００４５】  図２に戻り、医療用観察装置１０の構成についての説明を続ける。保持部１２０は、撮像部１１０を保持し、撮像部１１０を３次元的に移動させるとともに、移動後の撮像部１１０の位置及び姿勢を固定する。図示される例では、保持部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ない。保持部１２０は、少なくとも６自由度を有するように構成されればよく、７自由度以上で、いわゆる冗長自由度を有するように構成されてもよい。また、保持部１２０は、必ずしもバランスアームとして構成されなくてもよい。第１の実施形態では、保持部１２０がバランスアームとして構成されない場合であっても、ポイントロック動作を実行することが可能である。ただし、保持部１２０をバランスアームとして構成し、撮像部１１０及び保持部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、より軽い外力で撮像部１１０を移動させることが可能となり、術者の操作性をより向上させることができる。
【００４６】  保持部１２０には、６自由度を実現する６軸の回転軸が設けられる。以下では、説明のため便宜的に、各回転軸を構成する部材をまとめて、回転軸部と呼称することとする。例えば、回転軸部は、軸受（ベアリング）、当該軸受に回動可能に挿通されるシャフト、回転軸の状態（例えば回転角度等）を検出するセンサ部材、回転軸における回転を規制するブレーキ等によって構成され得る。回転軸部の構成は、その回転軸が後述する能動軸であるか又は受動軸であるかに応じて異なっていてよい。また、後述する平行四辺形リンク機構２４０は、当該平行四辺形リンク機構２４０が回転軸を構成し得るため、平行四辺形リンク機構２４０を回転軸部とみなすことができる。
【００４７】  保持部１２０は、各回転軸に対応する回転軸部２１０、２２０、２３０、２５０、２６０（以下、回転軸部２１０〜２６０と略記する。）及び平行四辺形リンク機構２４０と、回転軸部２１０〜２６０及び平行四辺形リンク機構２４０の間を接続するアーム２７１〜２７４と、撮像部１１０及び保持部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。以下では、各回転軸に対して、Ｏ１軸〜Ｏ６軸までの名称を付して説明を行う。撮像部１１０に最も近い回転軸がＯ１軸であり、ベース１３０に最も近い回転軸がＯ６軸である。
【００４８】  回転軸部２１０は、撮像部１１０の光軸と略一致する回転軸（Ｏ１軸）を回転軸方向として、撮像部１１０を回動可能に設けられる。回転軸部２１０によって、Ｏ１軸回りに撮像部１１０が回動することにより、撮像部１１０による撮像画像の向きが調整されることとなる。
【００４９】  回転軸部２１０には、ブレーキ２１１及びエンコーダ２１２が搭載される。エンコーダ２１２は、Ｏ１軸における回転角度を検出する。ブレーキ２１１は、上述したオールフリーＳＷ１５３及びポイントロックＳＷ１５４に対する操作によって駆動され、必要に応じてＯ１軸における回転を規制する。ブレーキ２１１が機能している間は、例えば術者によって手動で外力が加えられた場合であっても、Ｏ１軸における撮像部１１０の回転が生じないようにすることができる。回転軸部２１０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ない回転軸部は、ブレーキが機能していない場合（例えば上述したオールフリーモードやポイントロックモード）であれば、例えば術者による手動での直接的な操作に従って回転する回転軸を構成し得る。本明細書では、このような直接的な動作に従って回転する回転軸のことを受動軸とも呼称する。
【００５０】  回転軸部２１０には、Ｏ１軸とは略垂直な方向に延伸するアーム２７１の一端が接続される。また、アーム２７１の他端には、当該アーム２７１の延伸方向を回転軸方向（Ｏ２軸方向）としてアーム２７１を回動可能に構成される回転軸部２２０が設けられる。Ｏ２軸は、Ｏ１軸とは略垂直に配置されており、図２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。回転軸部２２０によって、Ｏ２軸を回転軸として撮像部１１０及びアーム２７１が回動することにより、撮像部１１０のｘ軸方向の位置が調整されることとなる。
【００５１】  回転軸部２２０は、ブレーキ２２１、エンコーダ２２２及びアクチュエータ２２３を有する。ブレーキ２２１及びエンコーダ２２２の機能は、回転軸部２１０に設けられるブレーキ２１１及びエンコーダ２１２の機能と同様であるため、詳細な説明は省略する。アクチュエータ２２３は、例えばサーボモータ等の電動モータによって構成され、上述したポイントロックモードにおいて、制御コントローラ１４０からの制御により駆動され、回転軸部２２０における回転を所定の角度だけ生じさせる。回転軸部２２０における回転角度は、例えば撮像部１１０の移動の前後において観察点７３０が変化しないように撮像部１１０を移動させるために必要な値として、各回転軸Ｏ１〜Ｏ６における回転角度に基づいて制御コントローラ１４０によって設定される。回転軸部２２０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回転軸部は、例えばポイントロックモードにおいて、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し得る。本明細書では、このような、駆動機構によって回転駆動が能動的に制御される回転軸のことを能動軸とも呼称する。なお、図２では、能動軸に対応する回転軸部２２０、２３０に対して、他の回転軸部と区別するために、ハッチングを付して図示している。
【００５２】  回転軸部２２０には、Ｏ１軸及びＯ２軸と互いに略垂直な方向に延伸するアーム２７２の一端が接続される。また、アーム２７２の他端には、当該アーム２７２の延伸方向を回転軸方向（Ｏ３軸方向）としてアーム２７２を回動可能に構成される回転軸部２３０が設けられる。Ｏ３軸は、Ｏ１軸及びＯ２軸とは略垂直に配置されており、図２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。回転軸部２３０によって、Ｏ３軸を回転軸として撮像部１１０、アーム２７１及びアーム２７２が回動することにより、撮像部１１０のｙ軸方向の位置が調整されることとなる。回転軸部２３０は、回転軸部２２０と同様に、ブレーキ２３１、エンコーダ２３２及びアクチュエータ２３３を有する。このように、回転軸部２３０に対応する回転軸であるＯ３軸は能動軸として振る舞う。
【００５３】  第１の実施形態では、保持部１２０は、回転軸Ｏ１軸〜Ｏ６軸のうち少なくとも２軸が能動軸として機能し、少なくとも１軸が受動軸として機能するように構成される。図２に示す例では、回転軸部２２０、２３０に対応するＯ２軸及びＯ３軸が能動軸として機能し、その他の回転軸部２１０、２５０、２６０及び平行四辺形リンク機構２４０に対応するＯ１軸Ｏ４軸、Ｏ５軸及びＯ６軸が受動軸として機能する。上述したように、回転軸部２２０、２３０は、撮像部１１０の光軸と略垂直な２軸である、ｘ軸及びｙ軸を回転軸とする回転を制御し得る。従って、Ｏ２軸及びＯ３軸は、Ｏ１軸〜Ｏ６軸の中でも、撮像部１１０の傾斜、すなわち撮像部１１０の光軸方向を決定し得る２軸であると言える。撮像部１１０の光軸と略垂直な２軸での回転が制御できれば、撮像部１１０の位置にかかわらず、撮像部１１０に任意の方向を向かせることが可能である。従って、Ｏ２軸及びＯ３軸が能動軸として機能するように保持部１２０を構成し、Ｏ１軸〜Ｏ６軸における回転角度の検出値に基づいてＯ２軸及びＯ３軸における回転を適宜制御することにより、ポイントロック動作を実現するように撮像部１１０の移動を制御することが可能となるのである。
【００５４】  ここで、図４を参照して、回転軸部２３０を例に挙げて、回転軸部２１０〜２６０の構成について説明する。図４では、回転軸部２３０の、回転軸（Ｏ３軸）を通る平面での断面図を示している。
【００５５】  図４を参照すると、回転軸部２３０の筐体２３４の内部には、回転軸（出力軸）がＯ３軸と平行となるように、アクチュエータ２３３が設けられる。アクチュエータ２３３の側面と筐体２３４の内壁との間にはベアリング２３５が配置されており、後述するブレーキ２３１が解除されている場合には、アクチュエータ２３３は、筐体２３４に対して回動可能に構成される。
【００５６】  アクチュエータ２３３の出力軸は、ブレーキ２３１を介して筐体２３４のＯ３軸方向の内壁に接続される。このように、筐体２３４は、アクチュエータ２３３の駆動に応じて回転する回転体として機能する。筐体２３４のＯ３軸方向の壁面の外壁には、アーム２７２が接続されており、アクチュエータ２３３の駆動に応じて、筐体２３４とともにアーム２７２が回動することになる。なお、ブレーキ２３１は、例えば機械的なクラッチ機構によって構成され得る。ブレーキ２３１を機能させる場合には、当該クラッチ機構によってアクチュエータ２３３の出力軸と筐体２３４の内壁との機械的な接続が解除されることにより、アクチュエータ２３３の駆動が回転体である筐体２３４に伝達されない。一方、ブレーキ２３１を解除する場合には、当該クラッチ機構によってアクチュエータ２３３の出力軸と筐体２３４の内壁とが機械的に接続されることにより、外力によっては筐体２３４が回転せず、アクチュエータ２３３の駆動によって筐体２３４が回転することになる。ただし、ブレーキ２３１の構成はかかる例に限定されず、ブレーキ２３１としては、電気的に筐体２３４の回転を規制する電磁ブレーキ等、他のブレーキ機構が用いられてもよい。
【００５７】  アクチュエータ２３３の出力軸とは逆側の端には、後述する平行四辺形リンク機構２４０を構成するアーム２４１が、例えば図示しないベアリングを介して接続される。つまり、アクチュエータ２３３は、アーム２４１に対して回動可能に接続される。これにより、アーム２７２が、回転軸部２３０を介して、アーム２４１に対して回動可能に接続されることとなる。
【００５８】  また、アクチュエータ２３３の、アーム２４１が接続される側の回転軸には、支持部材２３６を介してエンコーダ２３２が接続される。エンコーダ２３２によって、アクチュエータ２３３の回転数及び／又は回転角度が検出される。エンコーダ２３２による検出値は制御コントローラ１４０に提供される。制御コントローラ１４０は、エンコーダ２３２による検出値に基づいて、基準位置に対する、例えばアーム２４１に対する、Ｏ３軸における回転角度を算出することができる。
【００５９】  以上、図４を参照して、回転軸部２３０の構成について説明した。なお、上記では、回転軸部２１０〜２６０の一例として、回転軸部２３０の構成について説明したが、例えば回転軸部２３０と同じく能動軸に対応する回転軸部２２０は、図４に示す構成と同様の構成であってよい。また、受動軸に対応する回転軸部２１０、２５０、２６０は、図４に示す構成からアクチュエータ２３３を取り除いたものと同様の構成を有してよい。ただし、回転軸部２１０、２５０、２６０においては、アクチュエータ２３３が設けられないため、上述したような機械的なクラッチ機構からなるブレーキ２３１は用いることができないので、そのブレーキ機構としては、当該回転軸部２１０、２５０、２６０における回転運動を好適に停止可能な、各種の機構が適宜用いられ得る。例えば、回転軸部２１０、２５０、２６０におけるブレーキ機構としては電磁ブレーキが用いられてよい。
【００６０】  図２に戻り、保持部１２０の構成についての説明を続ける。回転軸部２３０の、アーム２７２が接続されない方向の端には、平行四辺形リンク機構２４０が接続される。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軸受部２４５、２４６、２４７、２４８と、によって構成される。
【００６１】  具体的には、回転軸部２３０に対して、Ｏ３軸と略平行な方向に延伸するアーム２４１の一端が接続される。つまり、アーム２７２とアーム２４１とは、略同一の方向に延伸するアームとして配置される。アーム２４１の一端には軸受部２４５が、他端には軸受部２４６がそれぞれ設けられる。軸受部２４５、２４６には、これら軸受部２４５、２４６を挿通する互いに略平行な回転軸（Ｏ４軸）回りに回動可能に、それぞれ、アーム２４２、２４３の一端が接続されている。
【００６２】  更に、アーム２４２、２４３の他端には、それぞれ、軸受部２４７、２４８が設けられる。これら軸受部２４７、２４８には、軸受部２４７、２４８を挿通する回転軸（Ｏ４軸）回りに回動可能に、かつ、アーム２４１に対して略平行に、アーム２４４が連接されている。このように、これら４つのアーム２４１〜２４４と、４つの軸受部２４５〜２４８とにより、平行四辺形リンク機構２４０が構成されることとなる。
【００６３】  ここで、アーム２４４は、アーム２４１よりも長尺に形成され、その一端は平行四辺形リンク機構２４０の外部に延出されている。また、アーム２４２、２４３は、それぞれ、アーム２４４の軸受部２４７、２４８間よりも長尺に形成されていることが好適である。すなわち、アーム２４２、２４３は、アーム２４１よりも長尺に形成されていることが好適である。
【００６４】  第１の実施形態では、平行四辺形リンク機構２４０に対応する回転軸であるＯ４軸は、受動軸として機能する。従って、受動軸に対応する回転軸部２１０、２５０、２６０と同様に、平行四辺形リンク機構２４０には、ブレーキ２９１及びエンコーダ２９２が設けられる。図２に示す例では、軸受部２４７に、Ｏ４軸回りの平行四辺形リンク機構２４０の回転を規制するためのブレーキ２９１が設けられている。また、平行四辺形リンク機構２４０の軸受部２４５に、Ｏ４軸回りの平行四辺形リンク機構２４０の回転角度を検出するためのエンコーダ２９２が設けられている。ただし、ブレーキ２９１及びエンコーダ２９２の配置位置はかかる例に限定されず、平行四辺形リンク機構２４０における４つの軸受部２４５〜２４８のいずれに設けられてもよい。
【００６５】  アーム２４２の、軸受部２４７が設けられる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（Ｏ５軸方向）として、平行四辺形リンク機構２４０を回動可能に支持する回転軸部２５０が設けられる。Ｏ５軸は、Ｏ４軸と略平行な回転軸であり、図２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。回転軸部２５０には、Ｏ５軸における回転を規制するブレーキ２５１及びＯ５軸における回転角度を検出するエンコーダ２５２が搭載される。回転軸部２５０には、ｚ軸方向に延設するアーム２７３の一端が接続されており、平行四辺形リンク機構２４０は、回転軸部２５０を介して、アーム２７３に対して回動可能に構成される。
【００６６】  アーム２７３は略Ｌ字型の形状を有しており、回転軸部２５０が設けられる側とは逆側は、床面と略平行になるように折り曲げられている。アーム２７３の、当該床面と略平行な面には、Ｏ５軸と直交する回転軸（Ｏ６軸）回りにアーム２７３を回動可能な回転軸部２６０が設けられる。図２に示す例では、Ｏ６軸は、ｚ軸と略平行な回転軸として設けられている。回転軸部２６０には、Ｏ６軸における回転を規制するブレーキ２６１及びＯ６軸における回転角度を検出するエンコーダ２６２が搭載される。回転軸部２６０には、鉛直方向に延伸するアーム２７４の一端が挿通され、アーム２７４の他端はベース１３０に接続される。
【００６７】  ここで、平行四辺形リンク機構２４０の回転軸部２３０が接続される側に設けられる軸受部２４５に対して対角上に位置する軸受部２４８よりも外方に延出されたアーム２４４の端には、カウンターウエイト２８０（カウンターバランス２８０）が一体的に取り付けられる。カウンターウエイト２８０は、平行四辺形リンク機構２４０よりも先端側に配置される各構成（すなわち、撮像部１１０、回転軸部２１０、２２０、２３０及びアーム２７１、２７２）の質量によって、Ｏ４軸回りに発生する回転モーメント及びＯ５軸回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。なお、カウンターウエイト２８０は着脱可能であってよい。例えば、互いに異なる質量を有するいくつかの種類のカウンターウエイト２８０が準備されており、平行四辺形リンク機構２４０よりも先端側に配置される構成が変更された場合には、当該変更に応じて、回転モーメントを相殺し得るカウンターウエイト２８０が適宜選択されてよい。
【００６８】  また、Ｏ５軸に対応する回転軸部２５０の配置位置は、当該回転軸部２５０よりも先端側に配置される各構成（すなわち、撮像部１１０、回転軸部２１０、２２０、２３０、アーム２７１、２７２及び平行四辺形リンク機構２４０）の重心が当該Ｏ５軸上に位置するように、調整されている。更に、Ｏ６軸に対応する回転軸部２６０の配置位置は、当該回転軸部２６０よりも先端側に配置される各構成（すなわち、撮像部１１０、回転軸部２１０、２２０、２３０、２５０、アーム２７１、２７２、２７３及び平行四辺形リンク機構２４０）の重心が当該Ｏ６軸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及び回転軸部２５０、２６０がこのように構成されることにより、術者が撮像部１１０を手動で直接的に移動させようとした場合に、あたかも無重力であるかのような軽い力で撮像部１１０を移動させることが可能となる。従って、ユーザの操作性を向上させることができる。
【００６９】  以上、保持部１２０の構成について説明した。以上説明したように、保持部１２０の各回転軸には、当該回転軸における回転を規制するブレーキ２１１、２２１、２３１、２９１、２５１、２６１（以下、ブレーキ２１１〜２６１と略記する。）が設けられる。制御コントローラ１４０からの制御によりこれらブレーキ２１１〜２６１が制御されることにより、保持部１２０の動作モードが切り替えられる。なお、能動軸である回転軸部２２０、２３０には、ブレーキ２２１、２３１は必ずしも設けられなくてもよい。ブレーキ２２１、２３１が設けられない場合には、回転軸部２２０、２３０の位置（回転角度）をその状態で保持するようなトルクを発生させるようにアクチュエータ２２３、２３３の駆動を制御することにより、回転軸部２２０、２３０における回転を固定することができる。このように、第１の実施形態では、能動軸において機械的なブレーキ機構は設けられなくてもよく、アクチュエータを駆動させることによってブレーキ機能が実現されてもよい。
【００７０】  また、保持部１２０の各回転軸には、当該回転軸における回転角度を検出するエンコーダ２１２、２２２、２３２、２９２、２５２、２６２（以下、エンコーダ２１２〜２６２と略記する。）が設けられる。更に、能動軸に対応する回転軸部２２０、２３０には、アクチュエータ２２３、２３３が設けられる。エンコーダ２１２〜２６２による検出値は制御コントローラ１４０に所定の間隔で随時提供されており、制御コントローラ１４０は、各回転軸における回転角度を常時モニタし得る。制御コントローラ１４０は、各回転軸における回転角度に基づいて、現在の撮像部１１０及び保持部１２０の状態、すなわち、撮像部１１０及び保持部１２０の位置及び姿勢を算出することができる。ポイントロックモードでは、制御コントローラ１４０は、算出した撮像部１１０及び保持部１２０の位置及び姿勢に基づいて、移動後の撮像部１１０による観察点７３０が移動前の撮像部１１０による観察点７３０と一致するように、回転軸部２２０、２３０のアクチュエータ２２３、２３３の駆動を制御する。
【００７１】  以上、図２−図４を参照して、第１の実施形態に係る医療用観察装置１０の構成について説明した。以上説明したように、第１の実施形態によれば、全ての回転軸を能動的に制御することなく、Ｏ２軸及びＯ３軸の２軸を能動軸として機能させることにより、ポイントロック動作が実現される。従って、例えば、上記特許文献１、２に記載されているような、複雑な保持部の構成を有するバランスアームや、全ての回転軸に駆動装置が設けられるロボットアームと比べて、より小型で簡易な構成によって、ポイントロック動作を実行することが可能となる。
【００７２】  また、第１の実施形態に係る保持部１２０はバランスアームとして構成され得る。従って、ポイントロック動作において撮像部１１０を術者が移動させる際にも、軽い力で容易に移動させることが可能となる。このように、第１の実施形態によれば、より小型で簡易な構成によって、高い操作性を確保することが可能となる。
【００７３】  また、第１の実施形態では、ポイントロックモードにおいて、観察点と撮像部１１０との距離については能動的な制御は行われない。つまり、ポイントロック動作においては、観察点を中心とする半球上を、当該観察点の方を向いた状態で撮像部１１０が移動することとなるが、その際、球の半径方向における撮像部１１０の移動に対しては規制が設けられない。従って、必要に応じて、ポイントロック動作中に観察点と撮像部１１０との距離を自由に変更することができ、術者の利便性を向上させることができる。
【００７４】  なお、上記では図示及び説明を省略したが、医療用観察装置１０は、一般的な既存の医療用観察装置が備え得る他の構成を更に備えてもよい。例えば、医療用観察装置１０は、手術に用いられる情報や医療用観察装置１０の駆動制御に必要な情報等の各種の情報を当該医療用観察装置１０に入力可能な入力部、上記各種の情報を視覚的、聴覚的に術者に対して提示する出力部、上記各種の情報を外部の機器との間で送受信する通信部、上記各種の情報を記憶する記憶部、及び、上記各種の情報をリムーバブル記録媒体に書き込んだりリムーバブル記録媒体から読み出したりする記録部等の構成を備え得る。
【００７５】  （２−２．使用時の動作）  次に、以上説明した第１の実施形態に係る医療用観察装置１０の使用時の動作について説明する。まず、使用前（手術前）の準備として、キャスター１３１を使い、医療用観察装置１０全体を手術台７１０の近くまで移動させる。
【００７６】  手術が開始されると、まず、術者は、撮像部１１０の把持部を握った状態で、オールフリーＳＷ１５３を押下する。例えば、医療用観察装置１０の保持部１２０の動作モードは、オールフリーＳＷ１５３及びポイントロックＳＷ１５４がともに押下されていない状態では固定モードであり、オールフリーＳＷ１５３及びポイントロックＳＷ１５４が押下されている間は、それぞれ、オールフリーモード及びポイントロックモードとなるように構成されている。オールフリーＳＷ１５３が押下されることにより、各回転軸部２１０〜２６０及び平行四辺形リンク機構２４０のブレーキ２１１〜２６１が解除され、術者による手動での直接的な操作によって、撮像部１１０を自由に移動させることができるようになる。このように、オールフリーモードでは、あたかも全ての回転軸が受動軸であるかのように振る舞う。
【００７７】  術者は、例えばディスプレイ装置に表示される、撮像部１１０による撮像画像を参照しながら、術部が撮像部１１０の視野内に位置するように、オールフリーＳＷ１５３を押下した状態で撮像部１１０を移動させる。上記（２−１．装置構成）で説明したように、医療用観察装置１０はバランスアームであるため、術者は、軽い力で容易に撮像部１１０を移動させることができる。撮像部１１０を適切な位置、例えば術部（観察点）が視野の中心となる位置まで移動させたら、術者はオールフリーＳＷ１５３を離す。これにより、各回転軸部２１０〜２６０及び平行四辺形リンク機構２４０のブレーキ２１１〜２６１が機能し、保持部１２０の動作モードが固定モードに移行する。
【００７８】  この状態で、術者は、ズームＳＷ１５１及びフォーカスＳＷ１５２を操作して、撮像部１１０の倍率及び焦点距離を適宜調整する。術者は、調整後の撮像画像を参照しながら、術部に対して各種の処置を行う。
【００７９】  ポイントロック動作を行いたい場合、すなわち、観察点を固定したまま、当該観察点を別の方向から観察したい場合には、術者は、ポイントロックＳＷ１５４を押下する。ポイントロックＳＷ１５４が押下されている間は、受動軸であるＯ１軸、Ｏ４軸、Ｏ５軸及びＯ６軸にそれぞれ対応する回転軸部２１０、２５０、２６０及び平行四辺形リンク機構２４０のブレーキ２１１、２９１、２５１、２６１が解除される。また、能動軸であるＯ２軸及びＯ３軸にそれぞれ対応する回転軸部２２０、２３０のブレーキ２２１、２３１は機能した状態がそのまま維持される。これにより、術者による手動での直接的な操作により、Ｏ１軸、Ｏ４軸、Ｏ５軸及びＯ６軸回りの回転が可能な状態となる。
【００８０】  一方、図２に示す制御コントローラ１４０によって、図３に示す撮像部１１０の対物光学系に対して設けられるエンコーダ１１９の検出値（すなわち、凸レンズ１１２ｂの光軸上の位置を表す値）と、回転軸部２１０〜２６０及び平行四辺形リンク機構２４０のエンコーダ２１２〜２６２の検出値（すなわち、Ｏ１軸〜Ｏ６軸における回転角度の値）が、常時モニタされている。制御コントローラ１４０によって、上記の各エンコーダ１１９、２１２〜２６２の検出値に基づいて、ポイントロックＳＷ１５４が押下された時点での観察点の、保持部１２０に対する３次元的な位置が計算される。また、ポイントロックＳＷ１５４が押下された状態で、術者が撮像部１１０を移動させようとすると、制御コントローラ１４０によって、回転軸部２１０〜２６０及び平行四辺形リンク機構２４０のエンコーダ２１２〜２６２の検出値に基づいて、移動後の撮像部１１０及び保持部１２０の位置及び姿勢が随時算出される。このように、制御コントローラ１４０は、撮像部１１０及び保持部１２０の位置及び姿勢が変化する際に、ポイントロックＳＷ１５４が押下された時点での観察点の、保持部１２０に対する３次元的な位置を、常時検出することができる。制御コントローラ１４０は、当該情報に基づき、ポイントロックＳＷ１５４が押下された時点での観察点を基準点（ポイントロック点）とするポイントロック動作を実行させる。具体的には、制御コントローラ１４０は、検出されたポイントロック点の保持部１２０に対する３次元的な位置情報に基づき、撮像部１１０の位置の変化前後において、撮像部１１０の光軸が常に観察点を通るように、回転軸部２２０、２３０のアクチュエータ２２３、２３３の駆動を制御することができる。
【００８１】  このように、ポイントロックＳＷ１５４が押下されている間、すなわち、ポイントロック動作時には、術者が撮像部１１０を移動させると、受動軸であるＯ１軸、Ｏ４軸、Ｏ５軸及びＯ６軸回りの回転が術者の操作に従って生じ、撮像部１１０において光軸回りの回転及び３次元的な平行移動が行われる。一方で、これらの受動軸の移動量（回転量）から、観察点と、移動後の撮像部１１０及び保持部１２０との相対的な位置関係が算出され、算出された当該情報に基づいて、移動前後において撮像部１１０の光軸が同一の観察点を通過するように能動軸であるＯ２軸及びＯ３軸回りの回転、すなわち、撮像部１１０の傾斜移動が制御される。これにより、術者が大まかに撮像部１１０の位置を動かすだけでも、観察点を見失うことなく、常に観察点を向いた状態で撮像部１１０が傾斜移動することとなる。
【００８２】  所望の位置まで撮像部１１０を移動させたところで、術者は、ポイントロックＳＷ１５４を離し、保持部１２０の動作モードを固定モードに移行させ、撮像部１１０の位置を固定する。術部を別の方向から観察しながら、術者は、当該術部に対して適宜処置を行うことができる。
【００８３】  以上、第１の実施形態に係る医療用観察装置１０の使用時の動作について説明した。なお、上述したように、術者は、オールフリーＳＷ１５３を押下した状態で、撮像部１１０を移動させ視野の調整を行うため、オールフリーＳＷ１５３は、撮像部１１０の把持部を握った状態で押下しやすい位置に配置されることが望ましい。一方、ポイントロック動作を行う際には、術者は、視野の調整のような細かい操作を行う必要はなく、術者自身の感覚としては大まかに撮像部１１０の位置を移動させる操作を行えばよいため、ポイントロックＳＷ１５５は、把持部との位置関係を特に考慮することなく、術者の指の届く範囲で、撮像部１１０のいずれの部位に配置されてもよい。
【００８４】  （２−３．装置の機能構成）  次に、図５を参照して、図２を参照して説明した第１の実施形態に係る医療用観察装置１０の機能構成について説明する。図５は、第１の実施形態に係る医療用観察装置１０の機能構成の一例を示す機能ブロック図である。
【００８５】  図５を参照すると、医療用観察装置１０は、撮像部１１０と、操作部１５０と、回転軸部１６０、１７０と、記憶部１８０と、制御部１９０と、を備える。
【００８６】  撮像部１１０は、例えば顕微鏡であり、患者の術部を撮影する。撮像部１１０は、図２及び図３に示す撮像部１１０に対応するものである。撮像部１１０には、図３を参照して説明したように、対物光学系の凸レンズ１１２ｂの光軸上の位置を移動させるためのモータ１１８と、当該モータ１１８の回転数を検出するエンコーダ１１９が設けられる。撮像部１１０では、操作部１５０に対する操作入力（より詳細には図２に示すズームＳＷ１５１及びフォーカスＳＷ１５２に対する操作）に応じて、その倍率及び焦点距離が調整される。例えば、ズームＳＷ１５１の押下に応じて、モータ１１８が駆動され、撮像部１１０の焦点距離が調整されることとなる。エンコーダ１１９は、モータ１１８の回転数を検出し、その検出値を後述する制御部１９０の観察点位置算出部１９３に提供する。なお、第１の実施形態では、撮像部１１０は顕微鏡によって構成されなくてもよく、カメラ等、撮像機能を有する他の装置によって構成されてもよい。
【００８７】  操作部１５０は、術者による医療用観察装置１０への操作入力を受け付ける入力インターフェースである。操作部１５０は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチ及びレバー等、術者によって操作される装置によって構成される。術者は、操作部１５０を介して、医療用観察装置１０に対して各種の情報を入力したり、各種の指示を入力したりすることができる。操作部１５０は、図２に示す構成においては、ズームＳＷ１５１、フォーカスＳＷ１５２、オールフリーＳＷ１５３及びポイントロックＳＷ１５４に対応する。例えば、ユーザによりズームＳＷ１５１又はフォーカスＳＷ１５２が押下された場合には、当該操作に応じて撮像部１１０の倍率又は焦点距離が調整され得る。また、ユーザによりオールフリーＳＷ１５３又はポイントロックＳＷ１５４が押下された場合には、これらのスイッチが押下された旨の情報が、後述する制御部１９０の動作モード制御部１９１に提供され、医療用観察装置１０の保持部（アーム部）の動作モードが制御される。
【００８８】  回転軸部１６０、１７０は、医療用観察装置１０の保持部に設けられる回転軸を構成する部材に対応する機能を示している。図２を参照して説明したように、医療用観察装置１０の回転軸Ｏ１軸〜Ｏ６軸は、受動軸及び能動軸に区別することができる。回転軸部１６０は、受動軸に対応する回転軸部（すなわち、図２に示す回転軸部２１０、２５０、２６０及び平行四辺形リンク機構２４０）の機能を表しており、回転軸部１７０は、能動軸に対応する回転軸部（すなわち、図２に示す回転軸部２２０、２３０）の機能を表している。以下、説明のため、便宜的に、回転軸部１６０を受動回転軸部１６０とも呼称し、回転軸部１７０を能動回転軸部１７０とも呼称する。
【００８９】  受動回転軸部１６０は、その機能として、状態検出部１６１及び動作部１６３を有する。状態検出部１６１は、受動回転軸部１６０の状態、すなわち、受動回転軸部１６０の回転角度を検出する。状態検出部１６１は、回転軸部１６０の回転角度を検出可能なエンコーダ１６２によって構成される。エンコーダ１６２は、例えば図２に示すエンコーダ２１２、２９２、２５２、２６２に対応するものである。状態検出部１６１は、エンコーダ１６２によって検出された回転角度の値を、後述する制御部１９０のアーム状態取得部１９２に提供する。
【００９０】  動作部１６３は、受動回転軸部１６０の回転動作に関する機能を有する。動作部１６３は、受動回転軸部１６０の回転を規制するブレーキ１６４によって構成される。このように、動作部１６３には、アクチュエータのような受動回転軸部１６０を能動的に駆動させる機能は備えられない。例えば、ブレーキ１６４は、例えば図２に示すブレーキ２１１、２９１、２５１、２６１に対応するものである。動作部１６３は、後述する制御部１９０の動作モード制御部１９１からの指示により、選択された動作モードに応じて、ブレーキ１６４を機能させ、又は解除する。具体的には、動作モードが固定モードである場合には、動作部１６３は、ブレーキ１６４を機能させ、受動回転軸部１６０が外力に応じて自由に回転しないようにする。一方、動作モードがオールフリーモード及びポイントロックモードである場合には、動作部１６３は、ブレーキ１６４を解除し、術者の直接的な操作に従って受動回転軸部１６０が自由に回転するようにする。
【００９１】  能動回転軸部１７０は、その機能として、状態検出部１７１及び動作部１７３を有する。状態検出部１７１は、能動回転軸部１７０の状態、すなわち、能動回転軸部１７０の回転角度を検出する。状態検出部１７１は、能動回転軸部１７０の回転角度を検出可能なエンコーダ１７２によって構成される。エンコーダ１７２は、例えば図２及び図４に示すエンコーダ２２２、２３２に対応するものである。状態検出部１７１は、エンコーダ１７２によって検出された回転角度の値を、後述する制御部１９０のアーム状態取得部１９２に提供する。
【００９２】  動作部１７３は、能動回転軸部１７０における回転動作に関する機能を有する。動作部１７３は、能動回転軸部１７０を回転軸回りに回転駆動するアクチュエータ１７４、及び、能動回転軸部１７０の回転を規制するブレーキ１７５によって構成される。このように、動作部１７３には、アクチュエータ１７４のように能動回転軸部１７０を能動的に駆動させる機能が備えられる。アクチュエータ１７４は、例えば図２及び図４に示すアクチュエータ２２３、２３３に対応するものである。また、ブレーキ１７５は、例えば図２及び図４に示すブレーキ２２１、２３１に対応するものである。
【００９３】  動作部１７３は、後述する制御部１９０の動作モード制御部１９１からの指示により、選択された動作モードに応じて、ブレーキ１７５を機能させ、又は解除する。具体的には、動作モードが固定モード及びポイントロックモードである場合には、動作部１７３は、ブレーキ１７５を機能させ、能動回転軸部１７０が外力に応じて自由に回転しないようにする。一方、動作モードがオールフリーモードである場合には、動作部１７３は、ブレーキ１７５を解除し、術者の直接的な操作に従って能動回転軸部１７０が自由に回転するようにする。また、動作部１７３は、ポイントロックモード時に、後述する制御部１９０の駆動制御部１９４からの指示により、ポイントロック動作が行われるように、すなわち、移動後の撮像部１１０による観察点が移動前の撮像部１１０による観察点と一致するように、アクチュエータ１７４を駆動する。
【００９４】  記憶部１８０は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）等の磁気記憶部デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス又は光磁気記憶デバイス等により構成され、医療用観察装置１０によって処理される各種の情報を記憶する。例えば、記憶部１８０は、医療用観察装置１０の保持部の駆動制御に係る各種の情報を記憶することができる。駆動制御に係る各種の情報とは、例えば、保持部に対応する内部モデルや、撮像部１１０のエンコーダ１１９による検出値及び状態検出部１６１、１７１のエンコーダ１６２、１７２による検出値、後述するアーム状態についての情報、観察点の位置情報、並びに、動作部１７３のアクチュエータ１７４の制御量についての情報等の各種の情報を含む。制御部１９０は、記憶部１８０にアクセス可能に構成されており、制御部１９０は、記憶部１８０に記憶されている各種の情報を用いて各種の演算処理を行うことができる。
【００９５】  制御部１９０は、例えばＣＰＵやＤＳＰ等のプロセッサによって構成され、所定のプログラムに従って動作することにより、医療用観察装置１０の動作を制御する。なお、制御部１９０及び記憶部１８０は、図２に示す制御コントローラ１４０によって実現されてよい。例えば、制御コントローラ１４０に設けられるメモリ等の記憶装置によって記憶部１８０の機能が実現され、制御コントローラ１４０に設けられるプロセッサによって制御部１９０の機能が実現されてよい。
【００９６】  制御部１９０は、その機能として、動作モード制御部１９１、アーム状態取得部１９２、観察点位置算出部１９３及び駆動制御部１９４を有する。
【００９７】  動作モード制御部１９１は、医療用観察装置１０の保持部の動作モードを制御する。動作モード制御部１９１は、操作部１５０を介した術者による操作入力に応じて、保持部の動作モードを決定し、決定した動作モードが実現されるように回転軸部１６０、１７０の動作部１６３、１７３に対して指示を出す。例えば、オールフリーＳＷ１５３及びポイントロックＳＷ１５４がともに押下されていない場合には、動作モード制御部１９１は、保持部の動作モードを固定モードにすることを決定し、ブレーキ１６４、１７５を機能させるように、動作部１６３、１７３に対して指示を出す。また、例えば、オールフリーＳＷ１５３が押下されている場合には、動作モード制御部１９１は、保持部の動作モードをオールフリーモードにすることを決定し、ブレーキ１６４、１７５を解除するように、動作部１６３、１７３に対して指示を出す。また、例えば、ポイントロックＳＷ１５４が押下されている場合には、動作モード制御部１９１は、保持部の動作モードをポイントロックモードにすることを決定し、ブレーキ１６４を解除するように受動軸に対応する動作部１６３に対して指示を出すとともに、ブレーキ１７５を機能させるように能動軸に対応する動作部１７３に対して指示を出す。
【００９８】  アーム状態取得部１９２は、回転軸部１６０、１７０の状態に基づいて、保持部の状態（アーム状態）を取得する。ここで、アーム状態は、保持部１２０の位置及び姿勢を表すものであってよい。アーム状態取得部１９２は、状態検出部１６１、１７１から提供される、エンコーダ１６２、１７２の検出値（すなわち、回転軸部１６０、１７０の回転角度）と、記憶部１８０に記憶されている内部モデルと、に基づいて、アーム状態を取得する。内部モデルには、保持部の幾何学的パラメータ、すなわち、保持部における回転軸の配置位置やアーム２７１〜２７４の長さ、形状等についての情報が含まれるため、アーム状態取得部１９２は、エンコーダ１６２、１７２の検出値と内部モデルとに基づいて、アーム状態を取得することができるのである。ここで、アーム状態取得部１９２は、ポイントロック動作が開始された時点でのアーム状態を取得するとともに、ポイントロック動作が行われている最中におけるアーム状態を常時取得し続ける。アーム状態取得部１９２は、ポイントロック動作が開始された時点でのアーム状態についての情報を、観察点位置算出部１９３に提供する。また、アーム状態取得部１９２は、ポイントロック動作が行われている最中におけるアーム状態についての情報を、駆動制御部１９４に提供する。
【００９９】  観察点位置算出部１９３は、ポイントロック動作開始時における観察点の３次元的な位置を算出する。観察点位置算出部１９３は、アーム状態取得部１９２から提供されるポイントロック動作が開始された時点でのアーム状態についての情報、すなわち保持部の位置及び姿勢を表す情報と、撮像部１１０から提供されるエンコーダ１１９の検出値と、に基づいて、観察点の３次元的な位置を算出することができる。具体的には、エンコーダ１１９によって検出されるモータ１１８の回転数は、図３に示す対物光学系の凸レンズ１１２ｂの光軸上の位置を示す値であるため、観察点位置算出部１９３は、エンコーダ１１９の検出値に基づいて、撮像部１１０の作動距離、すなわち、撮像部１１０から観察点までの距離を算出することができる。また、観察点位置算出部１９３は、アーム状態についての情報に基づいて、保持部の先端に取り付けられる撮像部１１０の３次元的な位置を算出することができる。観察点位置算出部１９３は、算出したこれらの情報に基づいて、観察点の３次元的な位置を算出することができる。当該観察点の３次元的な位置は、例えば内部モデルの座標系における座標として表現され得る。観察点位置算出部１９３によって算出される観察点の３次元的な位置は、保持部に対する観察点の位置、すなわち、保持部と観察点との相対的な位置関係を表すものであるとも言える。観察点位置算出部１９３は、算出したポイントロック動作開始時における観察点の位置情報を、駆動制御部１９４に提供する。
【０１００】  駆動制御部１９４は、ポイントロック動作中における能動回転軸部１７０の駆動を制御する。駆動制御部１９４は、ポイントロック動作開始時における観察点の位置情報に基づいて、当該観察点が撮像部１１０の光軸上に位置するように、すなわち、移動後の撮像部１１０による観察点が移動前の撮像部１１０による観察点と一致するように、能動回転軸部１７０の駆動を制御することができる。具体的には、駆動制御部１９４には、観察点位置算出部１９３から、ポイントロック動作が開始された時点での観察点の３次元的な位置情報が提供されている。また、駆動制御部１９４には、アーム状態取得部１９２から、ポイントロック動作中におけるアーム状態（すなわち、保持部の位置及び姿勢）についての情報が随時提供されている。従って、駆動制御部１９４は、これらの情報に基づいて、ポイントロック動作が開始された時点での観察点と、撮像部１１０及び保持部の位置及び姿勢と、の相対的な位置関係を、撮像部１１０及び保持部の位置及び姿勢の変化に応じて随時算出することができる。駆動制御部１９４は、算出した位置関係に基づいて、その移動後の撮像部１１０の位置において、ポイントロック動作開始時における観察点が撮像部１１０の光軸上に位置するような、回転軸部１７０（すなわち、図２に示す回転軸部２２０、２３０）の回転角度（すなわち、能動回転軸部１７０を駆動する際の制御量）を算出する。そして、当該回転角度を実現するように、動作部１７３のアクチュエータ１７４を駆動させる。駆動制御部１９４によって算出された制御量に従って能動回転軸部１７０の駆動が制御されることにより、ポイントロック動作が実現されることとなる。なお、駆動制御部１９４が制御量を算出する際には、例えば一般的に用いられている位置制御の理論を適用することができるため、その詳細な説明は省略する。
【０１０１】  以上、図５を参照して、第１の実施形態に係る医療用観察装置１０の機能構成について説明した。
【０１０２】  （３．第２の実施形態）  次に、本開示の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態に対して、能動軸に対応する回転軸部の構成が変更されるとともに、それに応じて、ポイントロックモードにおけるこれら回転軸部の制御方法が変更されたものに対応する。それ以外の構成は第１の実施形態と同様であるため、以下の第２の実施形態についての説明にでは、第１の実施形態との相違点について主に説明することとし、第１の実施形態と重複する事項についてはその詳細な説明を省略する。
【０１０３】  （３−１．装置構成）  図６及び図７を参照して、本開示の第２の実施形態に係る医療用観察装置の構成について説明する。図６は、本開示の第２の実施形態に係る医療用観察装置の一構成例を示す図である。図７は、図６に示す回転軸部のうち、能動軸に対応する回転軸部の一構成例を示す図である。
【０１０４】  図６を参照すると、第２の実施形態に係る医療用観察装置３０は、撮像部１１０と、保持部３２０（アーム部３２０）と、ベース１３０（基台１３０）と、制御コントローラ１４０と、を備える。なお、保持部３２０以外の構成は、図２を参照して説明した、第１の実施形態に係る医療用観察装置１０における各構成と同様であるため、その説明を省略する。
【０１０５】  保持部３２０は、撮像部１１０を保持し、撮像部１１０を３次元的に移動させるとともに、移動後の撮像部１１０の位置及び姿勢を固定する。図６に示すように、第２の実施形態に係る保持部３２０は、図２に示す第１の実施形態に係る保持部１２０に対して、能動軸に対応する回転軸部２２０、２３０が、回転軸部４２０、４３０に、それぞれ変更されたものに対応する。その他の構成は、保持部１２０と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
【０１０６】  第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、回転軸部４２０、４３０に対応するＯ２軸及びＯ３軸は能動軸として機能し得る。ただし、回転軸部４２０、４３０の具体的な構成が第１の実施形態とは異なる。具体的には、回転軸部４２０、４３０は、それぞれ、力センサ４２１、４３１及びアクチュエータ２２３、２３３を有する。
【０１０７】  図７を参照して、回転軸部４３０を例に挙げて、回転軸部４２０、４３０の構成について説明する。図７では、回転軸部４３０の、回転軸（Ｏ３軸）を通る平面での断面図を示している。図７を参照すると、回転軸部４３０は、図４に示す回転軸部２３０に対して、ブレーキ２３１が設けられず、アクチュエータ２３３の出力を後段の部材に伝達する伝達部材４３７にひずみゲージ４３８が設けられたものに対応する。その他の構成は、回転軸部２３０の各構成と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
【０１０８】  伝達部材４３７は、アクチュエータ２３３の出力を、出力側の回転体として振る舞う筐体２３４に伝達する機能を有する。当該伝達部材４３７の表面には、ひずみゲージ４３８が貼り付けられる。ひずみゲージ４３８により、伝達部材４３７に作用する力が応力値（トルク値）として検出され得る。例えば、ひずみゲージ４３８によって、筐体２３４及びアーム２７２の回転に伴い回転軸部４３０に加えられる外力が検出され得る。当該外力は、例えば、術者が手動で撮像部１１０を移動させる際に回転軸部４３０に加えられる外力であり得る。このように、ひずみゲージ４３８は、回転軸部４３０における外力を検出する力センサとして機能するものであり、上述した力センサ４３１に対応するものである。なお、力センサ４３１に対応する具体的な構成は、ひずみゲージ４３８に限定されない。第２の実施形態では、伝達部材４３７に作用する応力値を検出可能なデバイスが設けられればよく、当該デバイスとしては、ひずみゲージに限定されない各種の公知の応力検出デバイスが適用可能である。
【０１０９】  回転軸部２３０とは異なり、回転軸部４３０には、機械的なブレーキ機構は設けられない。回転軸部４３０では、制御コントローラ１４０によってアクチュエータ２３３の駆動が適宜制御されることにより、制御的にブレーキが機能し得る。例えば、固定モードのように、回転軸部４３０の回転を規制したい場合には、アクチュエータ２３３を駆動させず、アクチュエータ２３３の出力軸を回転させないような制御が行われる。これにより、アクチュエータ２３３の出力軸に連結される筐体２３４も回転しないこととなり、回転軸部４３０における回転が固定される。
【０１１０】  また、回転軸部４３０が回転する際には、回転軸部４３０の駆動は、制御コントローラ１４０によって、力を制御目標値とする、いわゆる力制御によって制御され得る。例えば、オールフリーモードでは、ひずみゲージ４３８による検出値に基づいて、ひずみゲージ４３８の検出値が略ゼロとなるように（すなわち、回転軸部４３０を回転させようとして加えられる外力を打ち消すように）、アクチュエータ２３３の駆動が制御される。これにより、術者の手動による直接的な操作に従って、回転軸部４３０がほぼ抵抗のない状態でスムーズに回転することとなり、回転軸部４３０に対応するＯ３軸があたかも受動軸のように振る舞うこととなる。また、ポイントロックモードでは、観察点が撮像部１１０の光軸上に常に位置するように、すなわち、移動後の撮像部１１０による観察点が移動前の撮像部１１０による観察点と一致するように、アクチュエータ２３３の駆動が制御される。ここで、図６に示すように、第２の実施形態に係る医療用観察装置３０も、第１の実施形態と同様に、カウンターウエイト２８０を備える、いわゆるバランスアームとして構成され得る。従って、ポイントロックモードにおいて、力制御によってポイントロック動作を実現しつつ、あたかも無重力であるかのような軽い力で撮像部１１０を移動させることが可能となり、ユーザの操作性を向上させることができる。
【０１１１】  以上、図６及び図７を参照して、本発明の第２の実施形態に係る医療用観察装置３０の構成について説明した。なお、上記では、能動軸に対応する回転軸部４２０、４３０について説明するために、一例として、図７を参照して回転軸部４３０の構成について説明したが、回転軸部４２０も、回転軸部４３０と同様の構成を有し、各動作モードにおいて同様の動作を行うことができる。
【０１１２】  （３−２．使用時の動作）  次に、以上説明した第２の実施形態に係る医療用観察装置３０の使用時の動作について説明する。なお、第２の実施形態に係る医療用観察装置３０の使用時の動作において、術者が行う操作は、上記（２−２．使用時の動作）で説明した、第１の実施形態に係る医療用観察装置１０の使用時の動作における術者の操作と略同様である。ただし、第２の実施形態では、オールフリーモード及びポイントロックモードにおける、能動軸に対応する回転軸部４２０、４３０の制御方法が、第１の実施形態と異なる。
【０１１３】  医療用観察装置３０を手術台の近くまで移動させ、オールフリーＳＷ１５３が押下されるまでの操作は、第１の実施形態と同様である。オールフリーＳＷ１５３が押下されることにより、回転軸部２１０、４２０、４３０、２５０、２６０及び平行四辺形リンク機構２４０のブレーキ２１１、２９１、２５１、２６１が解除され、術者の手動による直接的な操作によって、撮像部１１０を自由に移動させることができるようになる。ここで、受動軸に対応する回転軸部２１０、２５０、２６０及び平行四辺形リンク機構２４０のブレーキ解除については、第１の実施形態と同様である。一方、第２の実施形態では、能動軸に対応する回転軸部４２０、４３０については、オールフリーＳＷ１５３が押下されている間、回転軸部４２０、４３０に搭載される力センサ４２１、４３１（例えば図７に示すひずみゲージ４３８）の検出値が略ゼロとなるように、回転軸部４２０、４３０のアクチュエータ２２３、２３３（例えば図７に示すアクチュエータ２３３）の駆動が制御される。これにより、オールフリーＳＷ１５３が押下されている間、すなわち、オールフリーモードにおいては、回転軸部４２０、４３０に対応するＯ２軸及びＯ３軸を含む全ての回転軸が、術者の直接的な操作に従って回転する受動軸として振る舞うこととなる。なお、回転軸部４２０、４３０に対する上記のような駆動制御は、例えば一般的な力制御の理論に基づいて実行することができる。
【０１１４】  術者は、例えばディスプレイ装置に表示される、撮像部１１０によって撮影された画像を参照しながら、術部が撮像部１１０の視野内に位置するように、オールフリーＳＷ１５３を押下した状態で撮像部１１０を移動させる。第１の実施形態と同様に医療用観察装置３０はバランスアームであり、また、回転軸部４２０、４３０を受動軸として機能させる上記のような駆動制御により、術者は、軽い力で容易に撮像部１１０を移動させることができる。
【０１１５】  撮像部１１０を適切な位置まで移動させたら、術者はオールフリーＳＷ１５３を離す。これにより、各回転軸部２１０、４２０、４３０、２５０、２６０及び平行四辺形リンク機構２４０のブレーキ２１１、２９１、２５１、２６１が機能し、保持部３２０の動作モードが固定モードに移行する。固定モードにおいて、術者は、ズームＳＷ１５１及びフォーカスＳＷ１５２により、撮像部１１０による撮像画像の倍率及び焦点距離を適宜調整した後、当該撮像画像を参照しながら術部に対して各種の処置を行う。ここで、受動軸に対応する回転軸部２１０、２５０、２６０及び平行四辺形リンク機構２４０のブレーキ機構については、第１の実施形態と同様である。一方、第２の実施形態では、能動軸に対応する回転軸部４２０、４３０については、回転軸部４２０、４３０が回転しないように回転軸部４２０、４３０に搭載されるアクチュエータ２２３、２３３の駆動が制御されることにより、その回転が固定されることとなる。
【０１１６】  ポイントロック動作を行いたい場合、すなわち、観察点を固定したまま、当該観察点を別の方向から観察したい場合には、術者は、ポイントロックＳＷ１５４を押下する。ポイントロックＳＷ１５４が押下されている間は、受動軸に対応する回転軸部２１０、２５０、２６０及び平行四辺形リンク機構２４０のブレーキ２１１、２９１、２５１、２６１が解除される。また、能動軸に対応する回転軸部４２０、４３０においては、観察点が常に撮像部１１０の光軸上に位置するように、アクチュエータ２２３、２３３の駆動が制御される。
【０１１７】  上記のようなポイントロック動作時における回転軸部４２０、４３０の駆動制御は、図６に示す制御コントローラ１４０によって実行され得る。第１の実施形態と同様に、制御コントローラ１４０によって、撮像部１１０の対物光学系に対して設けられるエンコーダ１１９の検出値と、回転軸部２１０、４２０、４３０、２５０、２６０及び平行四辺形リンク機構２４０のエンコーダ２１２〜２６２の検出値が、常時モニタされている。制御コントローラ１４０によって、上記の各エンコーダ１１９、２１２〜２６２の検出値に基づいて、ポイントロックＳＷ１５４が押下された時点での観察点の、保持部３２０に対する３次元的な位置が計算される。また、ポイントロックＳＷ１５４が押下された状態で、術者が撮像部１１０を移動させようとすると、制御コントローラ１４０によって、回転軸部２１０、４２０、４３０、２５０、２６０及び平行四辺形リンク機構２４０のエンコーダ２１２〜２６２の検出値に基づいて、移動中における撮像部１１０及び保持部３２０の位置及び姿勢の変化が随時算出される。このように、制御コントローラ１４０は、撮像部１１０及び保持部３２０の位置及び姿勢が変化する際に、ポイントロックＳＷ１５４が押下された時点での観察点の、保持部３２０に対する３次元的な位置を、常時検出することができる。制御コントローラ１４０は、当該情報に基づき、ポイントロックＳＷ１５４が押下された時点での観察点を基準点（ポイントロック点）とするポイントロック動作を実行させる。具体的には、制御コントローラ１４０は、検出されたポイントロック点の保持部３２０に対する３次元的な位置情報に基づき、撮像部１１０の位置の変化前後において、撮像部１１０の光軸が常に観察点を通るように、回転軸部４２０、４３０のアクチュエータ２２３、２３３の駆動を制御することができる。
【０１１８】  このように、ポイントロックＳＷ１５４が押下されている間、すなわち、ポイントロック動作時には、術者が撮像部１１０を移動させると、受動軸であるＯ１軸、Ｏ４軸、Ｏ５軸及びＯ６軸回りの回転が術者の操作に従って行われ、撮像部１１０において光軸回りの回転及び３次元的な平行移動が行われる。一方で、これらの受動軸の移動量（回転量）から、観察点と、移動後の撮像部１１０及び保持部３２０との相対的な位置関係が算出され、算出された当該情報に基づいて、光軸が観察点を通過するように能動軸であるＯ２軸及びＯ３軸回りの回転、すなわち、撮像部１１０の傾斜移動が制御される。これにより、術者が大まかに撮像部１１０の位置を動かすだけでも、観察点を見失うことなく、常に観察点を向いた状態で撮像部１１０が傾斜移動することとなる。
【０１１９】  所望の位置まで撮像部１１０を移動させたところで、術者は、ポイントロックＳＷ１５４を離し、保持部３２０の動作モードを固定モードに移行させ、撮像部１１０の位置を固定する。術部を別の方向から観察しながら、術者は、当該術部に対して適宜処置を行うことができる。
【０１２０】  以上、第２の実施形態に係る医療用観察装置３０の使用時の動作について説明した。以上説明したように、第２の実施形態によれば、能動軸に対応する回転軸部４２０、４３０に力センサを設け、当該力センサの検出値に基づく力制御により回転軸部４２０、４３０の駆動を制御することにより、第１の実施形態と同様のポイントロック動作時における高い操作性を得ることが可能となる。
【０１２１】  なお、第２の実施形態では、回転軸部４２０、４３０の駆動制御を力制御によって行うことにより、以下のような制御を行うことも可能である。例えば、撮像部１１０に対して加えられる外力の大きさに応じて、動作モードが切り替えられてもよい。具体的には、ポイントロックモードにおいて撮像部１１０に対して所定の値よりも大きい外力が加えられ、回転軸部４２０、４３０の力センサ４２１、４３１によって所定の値よりも大きい外力が検出された場合に、動作モードがオールフリーモードに切り替えられてもよい。これにより、例えばポイントロック動作時に観察点の位置の微調整を行いたい場合に、術者は、わざわざ操作部１５０を介した操作入力を行わずとも、撮像部１１０を一定以上の力で直接移動させる操作を行うことにより、動作モードを一時的にオールフリーモードに変更し、ポイントロックの拘束がない状態で所望の位置まで撮像部１１０を移動させることが可能となる。撮像部１１０に対する直接的な操作が終了すると、自動的に再度動作モードがポイントロックモードに切り替えられる。このような制御を行うことにより、ポイントロック動作を行いながら、より簡易な操作によって、撮像部１１０をｘ−ｙ平面内で平行移動させ、撮像部１１０の光軸と観察点との位置関係の微調整を行うことが可能となり、術者の利便性を向上させることができる。
【０１２２】  （３−３．装置の機能構成）  次に、図８を参照して、図６を参照して説明した第２の実施形態に係る医療用観察装置３０の機能構成について説明する。図８は、第２の実施形態に係る医療用観察装置３０の機能構成の一例を示す機能ブロック図である。なお、第２の実施形態に係る医療用観察装置３０の機能構成は、図５に示す第１の実施形態に係る医療用観察装置１０の機能構成に対して、能動回転軸部１７０及び制御部１９０の機能構成が変更されたものに対応する。従って、以下の医療用観察装置３０の機能構成についての説明においては、第１の実施形態と相違する機能について主に説明することとする。
【０１２３】  図８を参照すると、医療用観察装置３０は、撮像部１１０と、操作部１５０と、受動回転軸部１６０と、能動回転軸部３７０と、記憶部１８０と、制御部３９０と、を備える。ここで、撮像部１１０、操作部１５０、受動回転軸部１６０及び記憶部１８０の機能は、図５に示す医療用観察装置１０におけるこれらの構成の機能と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
【０１２４】  能動回転軸部３７０は、その機能として、状態検出部３７１及び動作部３７４を有する。状態検出部３７１は、能動回転軸部３７０の状態、すなわち、能動回転軸部３７０に加えられる外力及び能動回転軸部３７０の回転角度を検出する。状態検出部３７１は、能動回転軸部３７０に加えられる外力を検出可能な力センサ３７２、及び、能動回転軸部３７０の回転角度を検出可能なエンコーダ３７３によって構成される。力センサ３７２は、例えば図６に示す力センサ４２１、４３１及び図７に示すひずみゲージ４３８に対応するものであり、能動回転軸部３７０に加えられる外力を応力値（トルク値）として検出し得る。また、エンコーダ３７３は、例えば図６及び図７に示すエンコーダ２２２、２３２に対応するものである。状態検出部３７１は、力センサ３７２によって検出された応力値を、後述する制御部３９０の動作モード制御部３９１及び駆動制御部３９４に提供する。また、状態検出部３７１は、エンコーダ３７３によって検出された回転角度の値を、後述する制御部３９０のアーム状態取得部１９２に提供する。
【０１２５】  動作部３７４は、能動回転軸部３７０における回転動作に関する機能を有する。動作部３７４は、能動回転軸部３７０を回転軸回りに回転駆動するアクチュエータ３７５によって構成される。アクチュエータ３７５は、例えば図６及び図７に示すアクチュエータ２２３、２３３に対応するものである。
【０１２６】  動作部３７４は、後述する制御部３９０の動作モード制御部３９１からの指示により、選択された動作モードに応じて、アクチュエータ３７５を駆動する。具体的には、動作モードが固定モードである場合には、動作部３７４は、アクチュエータ３７５の駆動を停止し、当該アクチュエータ３７５が回転しないようにすることにより、能動回転軸部３７０が外力に応じて自由に回転しないようにする。一方、動作モードがオールフリーモードである場合には、動作部３７４は、力センサ３７２の検出値が略ゼロとなるように、すなわち、能動回転軸部３７０に加えられる外力を打ち消すように、アクチュエータ３７５を駆動する。これにより、術者による手動での直接的な操作に従って能動回転軸部３７０が自由に回転可能になる。また、動作モードがポイントロックモードである場合には、動作部３７４は、後述する制御部３９０の駆動制御部３９４からの指示により、ポイントロック動作が行われるように、すなわち、移動後の撮像部１１０による観察点が移動前の撮像部１１０による観察点と一致するように、アクチュエータ３７５を駆動する。
【０１２７】  制御部３９０は、例えばＣＰＵやＤＳＰ等のプロセッサによって構成され、所定のプログラムに従って動作することにより、医療用観察装置３０の動作を制御する。なお、制御部３９０及び記憶部１８０は、図６に示す制御コントローラ１４０によって実現されてよい。例えば、制御コントローラ１４０に設けられるメモリ等の記憶装置によって記憶部１８０の機能が実現され、制御コントローラ１４０に設けられるプロセッサによって制御部３９０の機能が実現されてよい。
【０１２８】  制御部３９０は、その機能として、動作モード制御部３９１、アーム状態取得部１９２、観察点位置算出部１９３及び駆動制御部３９４を有する。ここで、アーム状態取得部１９２及び観察点位置算出部１９３の機能は、図５に示す医療用観察装置１０におけるこれらの構成の機能と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
【０１２９】  動作モード制御部３９１は、医療用観察装置３０の保持部の動作モードを制御する。動作モード制御部３９１は、操作部１５０を介した術者による操作入力に応じて、保持部の動作モードを決定し、決定した動作モードが実現されるように受動回転軸部１６０及び能動回転軸部３７０の動作部１６３、３７４に対して指示を出す。例えば、オールフリーＳＷ１５３及びポイントロックＳＷ１５４がともに押下されていない場合には、動作モード制御部３９１は、保持部の動作モードを固定モードにすることを決定し、ブレーキ１６４を機能させるように動作部１６３に対して指示を出すとともに、アクチュエータ３７５を回転させないように動作部３７４に対して指示を出す。また、例えば、オールフリーＳＷ１５３が押下されている場合には、動作モード制御部３９１は、保持部の動作モードをオールフリーモードにすることを決定し、ブレーキ１６４を解除するように動作部１６３に対して指示を出すとともに、力センサ３７２の検出値が略ゼロとなるようにアクチュエータ３７５を駆動するように動作部３７４に対して指示を出す。また、例えば、ポイントロックＳＷ１５４が押下されている場合には、動作モード制御部３９１は、保持部の動作モードをポイントロックモードにすることを決定し、ブレーキ１６４を解除するように動作部１６３に対して指示を出すとともに、駆動制御部３９４による制御に従ってポイントロック動作を実現するようにアクチュエータ３７５を駆動するように動作部３７４に対して指示を出す。オールフリーモード及びポイントロックモードにおけるアクチュエータ３７５の駆動制御には、一般的に用いられている力制御の理論を適用することが可能であるため、その詳細な説明は省略する。
【０１３０】  また、第２の実施形態では、動作モード制御部３９１は、力センサ３７２によって検出される能動回転軸部３７０に負荷される外力に基づいて、保持部の動作モードを決定してもよい。例えば、動作モード制御部３９１は、ポイントロックモードにおいて能動回転軸部３７０に負荷される外力が所定の値を超えた場合に、動作モードをオールフリーモードに切り替えてもよい。このような制御を行うことにより、ポイントロック動作を行いながら、より簡易な操作によって、撮像部１１０をｘ−ｙ平面内で平行移動させ、撮像部１１０の光軸と観察点との位置関係の微調整を行うことが可能となり、術者の利便性を向上させることができる。
【０１３１】  駆動制御部３９４は、ポイントロック動作中における能動回転軸部３７０の駆動を制御する。駆動制御部３９４は、ポイントロック動作開始時における観察点の位置情報に基づいて、当該観察点が撮像部１１０の光軸上に位置するように、能動回転軸部３７０の駆動を制御することができる。具体的には、駆動制御部３９４には、観察点位置算出部１９３から、ポイントロック動作が開始された時点での観察点の３次元的な位置情報が提供されている。また、駆動制御部３９４には、アーム状態取得部１９２から、ポイントロック動作中におけるアーム状態（すなわち、保持部の位置及び姿勢）についての情報が随時提供されている。従って、駆動制御部３９４は、これらの情報に基づいて、ポイントロック動作が開始された時点での観察点と、撮像部１１０及び保持部の位置及び姿勢と、の相対的な位置関係を、撮像部１１０及び保持部の位置及び姿勢の変化に応じて随時算出することができる。駆動制御部３９４は、算出した位置関係に基づいて、その移動後の撮像部１１０の位置において、ポイントロック動作開始時における観察点が撮像部１１０の光軸上に位置するような、能動回転軸部３７０（すなわち、図６に示す回転軸部４２０、４３０）を駆動させるためのトルク値（すなわち、能動回転軸部３７０を駆動する際の制御量）を算出する。そして、当該トルク値を実現するように、動作部３７４のアクチュエータ３７５を駆動させる。駆動制御部３９４によって算出された制御量に従って能動回転軸部３７０の駆動が制御されることにより、ポイントロック動作が実現されることとなる。なお、駆動制御部３９４が上記のような制御量を算出する際には、例えば一般的に用いられている力制御の理論を適用することが可能であるため、その詳細な説明は省略する。
【０１３２】  以上、図８を参照して、第２の実施形態に係る医療用観察装置３０の機能構成について説明した。
【０１３３】  （４．第３の実施形態）  次に、本開示の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、第２の実施形態に対して、受動軸として機能していた平行四辺形リンク機構２４０の構成が、能動軸に対応する構成に変更されたものに対応する。それ以外の構成は第２の実施形態と同様であるため、以下の第３の実施形態についての説明においては、第２の実施形態との相違点について主に説明することとし、第２の実施形態と重複する事項についてはその詳細な説明を省略する。
【０１３４】  （４−１．装置構成）  図９を参照して、本開示の第３の実施形態に係る医療用観察装置の構成について説明する。図９は、本開示の第３の実施形態に係る医療用観察装置の一構成例を示す図である。
【０１３５】  図９を参照すると、第３の実施形態に係る医療用観察装置５０は、撮像部１１０と、保持部５２０（アーム部５２０）と、ベース１３０（基台１３０）と、制御コントローラ１４０と、を備える。なお、保持部５２０以外の構成は、図２及び図６を参照してそれぞれ説明した、第１及び第２の実施形態に係る医療用観察装置１０、３０における各構成と同様であるため、その説明を省略する。
【０１３６】  保持部５２０は、撮像部１１０を保持し、撮像部１１０を３次元的に移動させるとともに、移動後の撮像部１１０の位置及び姿勢を固定する。図９に示すように、第３の実施形態に係る保持部５２０は、図６に示す第２の実施形態に係る保持部３２０に対して、平行四辺形リンク機構２４０の構成が変更されたものに対応する。具体的には、第１及び第２の実施形態では、平行四辺形リンク機構２４０は受動軸として機能していたが、第３の実施形態に係る平行四辺形リンク機構６４０は能動軸として機能する。保持部５２０のその他の構成は、保持部３２０と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
【０１３７】  図９を参照すると、平行四辺形リンク機構６４０において、アーム２４１〜２４４及び軸受部２４５〜２４８の形状及び配置は、第１及び第２の実施形態における平行四辺形リンク機構２４０と同様であってよい。ただし、第３の実施形態では、平行四辺形リンク機構６４０の軸受部２４５〜２４８に対して、回転軸部４２０、４３０と同様の構成、すなわち、力センサ６４１、エンコーダ６４２及びアクチュエータ６４３が設けられる。これにより、平行四辺形リンク機構６４０は能動軸として機能し得る。図９に示す例では、軸受部２４５に対して力センサ６４１、エンコーダ６４２及びアクチュエータ６４３が設けられている。ただし、力センサ６４１、エンコーダ６４２及びアクチュエータ６４３の配置位置はかかる例に限定されず、これらの部材は、軸受部２４５〜２４８のいずれかに設けられればよい。
【０１３８】  第３の実施形態では、平行四辺形リンク機構６４０は、制御コントローラ１４０からの制御により駆動される。例えば、平行四辺形リンク機構６４０では、制御コントローラ１４０によってアクチュエータ６４３の駆動が適宜制御されることにより、制御的にブレーキが機能し得る。固定モードのように、平行四辺形リンク機構６４０の回転を規制したい場合には、アクチュエータ６４３を駆動させず、アクチュエータ６４３の出力軸を回転させないような制御が行われる。
【０１３９】  また、平行四辺形リンク機構６４０が回転する際には、平行四辺形リンク機構６４０の駆動は、制御コントローラ１４０によって、力を制御目標値とする、いわゆる力制御によって制御され得る。例えば、オールフリーモードでは、力センサ６４１による検出値に基づいて、力センサ６４１の検出値が略ゼロとなるように（すなわち、平行四辺形リンク機構６４０を回転させようとして外部から加えられる力を打ち消すように）、アクチュエータ６４３の駆動が制御される。これにより、術者の手動による直接的な操作に従って、平行四辺形リンク機構６４０がほぼ抵抗のない状態でスムーズに回転することとなり、平行四辺形リンク機構６４０に対応するＯ４軸が、あたかも受動軸のように振る舞うこととなる。また、ポイントロックモードでは、観察点と撮像部１１０との距離を所定の距離に保つように、アクチュエータ６４３の駆動が制御される。
【０１４０】  以上、図９を参照して、本発明の第３の実施形態に係る医療用観察装置５０の構成について説明した。上記のような構成を取ることにより、医療用観察装置５０では、回転軸部４２０、４３０及び平行四辺形リンク機構６４０に対応する回転軸（すなわち、Ｏ２軸、Ｏ３軸及びＯ４軸）が能動軸として機能し、回転軸部２１０、２５０、２６０に対応する回転軸（すなわち、Ｏ１軸、Ｏ５軸及びＯ６軸）が受動軸として機能することとなる。ここで、上記（２−１．装置構成）で説明したように、回転軸部４２０、４３０に対応する回転軸であるＯ２軸及びＯ３軸は、撮像部１１０の傾斜、すなわち撮像部１１０の光軸方向を決定し得る２軸であると言える。従って、Ｏ２軸及びＯ３軸における回転が制御されることにより、撮像部１１０の位置にかかわらず、撮像部１１０に観察点の方向を向かせる動作、すなわち、ポイントロック動作を行わせることが可能となる。一方、図９に示すように、平行四辺形リンク機構６４０に対応する回転軸であるＯ４軸は、撮像部１１０のｚ軸方向の位置、すなわち、撮像部１１０と観察点との距離を決定し得る軸であると言える。このように、第３の実施形態では、Ｏ２軸、Ｏ３軸及びＯ４軸が能動軸として機能するように構成されることにより、観察点と撮像部１１０との距離まで制御されたポイントロック動作を行うことが可能となる。
【０１４１】  （４−２．使用時の動作）  次に、以上説明した第３の実施形態に係る医療用観察装置５０の使用時の動作について説明する。なお、第３の実施形態に係る医療用観察装置５０の使用時の動作において術者が行う操作は、上記（２−２．使用時の動作）及び（３−２．使用時の動作）で説明した、第１及び第２の実施形態に係る医療用観察装置１０、３０の使用時の動作における術者の操作と略同様である。ただし、第３の実施形態では、回転軸部４２０、４３０に加えて平行四辺形リンク機構６４０が能動軸として振る舞うことにより、各動作モードにおいて平行四辺形リンク機構６４０の駆動が制御される点で、第１及び第２の実施形態と相違する。
【０１４２】  医療用観察装置５０を手術台の近くまで移動させ、オールフリーＳＷ１５３が押下されるまでの操作は、第１及び第２の実施形態と同様である。オールフリーＳＷ１５３が押下されることにより、回転軸部２１０、４２０、４３０、２５０、２６０及び平行四辺形リンク機構６４０のブレーキ２１１、２５１、２６１が解除され、術者の手動による直接的な操作によって、撮像部１１０を自由に移動させることができるようになる。ここで、受動軸に対応する回転軸部２１０、２５０、２６０のブレーキ解除については、第１及び第２の実施形態と同様である。一方、第３の実施形態では、能動軸に対応する回転軸部４２０、４３０及び平行四辺形リンク機構６４０については、オールフリーＳＷ１５３が押下されている間、回転軸部４２０、４３０及び平行四辺形リンク機構６４０に搭載される力センサ４２１、４３１、６４１の検出値が略ゼロとなるように、回転軸部４２０、４３０及び平行四辺形リンク機構６４０のアクチュエータ２２３、２３３、６４３の駆動が制御される。これにより、オールフリーＳＷ１５３が押下されている間、すなわち、オールフリーモードにおいては、回転軸部４２０、４３０及び平行四辺形リンク機構６４０に対応するＯ２軸、Ｏ３軸及びＯ４軸を含む全ての回転軸が、術者の直接的な操作に従って回転する受動軸として振る舞うこととなる。なお、回転軸部４２０、４３０及び平行四辺形リンク機構６４０に対する上記のような駆動制御は、例えば一般的な力制御の理論に基づいて実行することができる。
【０１４３】  術者は、例えばディスプレイ装置に表示される、撮像部１１０によって撮影された画像を参照しながら、術部が撮像部１１０の視野内に位置するように、オールフリーＳＷ１５３を押下した状態で撮像部１１０を移動させる。第１及び第２の実施形態と同様に医療用観察装置５０はバランスアームであり、また、回転軸部４２０、４３０及び平行四辺形リンク機構６４０を受動軸として機能させる上記のような駆動制御により、術者は、軽い力で容易に撮像部１１０を移動させることができる。
【０１４４】  撮像部１１０を適切な位置まで移動させたら、術者はオールフリーＳＷ１５３を離す。これにより、各回転軸部２１０、４２０、４３０、２５０、２６０及び平行四辺形リンク機構６４０のブレーキ２１１、２５１、２６１が機能し、保持部５２０の動作モードが固定モードに移行する。固定モードにおいて、術者は、ズームＳＷ１５１及びフォーカスＳＷ１５２により、撮像部１１０による撮像画像の倍率及び焦点距離を適宜調整した後、当該撮像画像を参照しながら術部に対して各種の処置を行う。ここで、受動軸に対応する回転軸部２１０、２５０、２６０のブレーキ機能については、第１及び第２の実施形態と同様である。一方、第３の実施形態では、能動軸に対応する回転軸部４２０、４３０及び平行四辺形リンク機構６４０については、回転軸部４２０、４３０及び平行四辺形リンク機構６４０が回転しないように回転軸部４２０、４３０及び平行四辺形リンク機構６４０に搭載されるアクチュエータ２２３、２３３、６４３の駆動が制御されることにより、その回転が固定されることとなる。
【０１４５】  ポイントロック動作を行いたい場合、すなわち、観察点を固定したまま、当該観察点を別の方向から観察したい場合には、術者は、ポイントロックＳＷ１５４を押下する。ポイントロックＳＷ１５４が押下されている間は、受動軸に対応する回転軸部２１０、２５０、２６０のブレーキ２１１、２５１、２６１が解除される。また、能動軸に対応する回転軸部４２０、４３０及び平行四辺形リンク機構６４０においては、ポイントロック動作を実現するように、アクチュエータ２２３、２３３、６４３の駆動が制御される。具体的には、回転軸部４２０、４３０においては、観察点が常に撮像部１１０の光軸上に位置するようにアクチュエータ２２３、２３３の駆動が制御される。また、平行四辺形リンク機構６４０においては、観察点と撮像部１１０との距離を一定に保つように平行四辺形リンク機構６４０のアクチュエータ６４３の駆動が制御される。
【０１４６】  上記のようなポイントロック動作時における回転軸部４２０、４３０及び平行四辺形リンク機構６４０の駆動制御は、図９に示す制御コントローラ１４０によって実行され得る。第１及び第２の実施形態と同様に、制御コントローラ１４０によって、撮像部１１０の対物光学系に対して設けられるエンコーダ１１９の検出値と、回転軸部２１０、４２０、４３０、２５０、２６０及び平行四辺形リンク機構６４０のエンコーダ２１２、２２２、２３２、６４２、２５２、２６２の検出値が、常時モニタされている。制御コントローラ１４０によって、上記の各エンコーダ１１９、２１２、２２２、２３２、６４２、２５２、２６２の検出値に基づいて、ポイントロックＳＷ１５４が押下された時点での観察点の、保持部３２０に対する３次元的な位置が計算される。また、ポイントロックＳＷ１５４が押下された状態で、術者が撮像部１１０を移動させようとすると、制御コントローラ１４０によって、回転軸部２１０、４２０、４３０、２５０、２６０及び平行四辺形リンク機構６４０のエンコーダ２１２、２２２、２３２、６４２、２５２、２６２の検出値に基づいて、移動中における撮像部１１０及び保持部５２０の位置及び姿勢の変化が随時算出される。このように、制御コントローラ１４０は、撮像部１１０及び保持部５２０の位置及び姿勢が変化する際に、ポイントロックＳＷ１５４が押下された時点での観察点の、保持部５２０に対する３次元的な位置を、常時検出することができる。制御コントローラ１４０は、当該情報に基づき、ポイントロックＳＷ１５４が押下された時点での観察点を基準点（ポイントロック点）とする、距離が略一定に保たれたポイントロック動作を実行させる。具体的には、制御コントローラ１４０は、検出されたポイントロック点の保持部５２０に対する３次元的な位置情報に基づいて、撮像部１１０の位置の変化前後において、撮像部１１０の光軸が常にポイントロック点を通るように、かつ、ポイントロック点と撮像部１１０との距離が一定に保たれるように、回転軸部４２０、４３０及び平行四辺形リンク機構６４０のアクチュエータ２２３、２３３、６４３の駆動を制御する。
【０１４７】  このように、ポイントロックＳＷ１５４が押下されている間、すなわち、ポイントロック動作時には、術者が撮像部１１０を移動させると、受動軸であるＯ１軸、Ｏ５軸及びＯ６軸回りの回転が術者の操作に従って行われ、撮像部１１０において光軸回りの回転及び３次元的な平行移動が行われる。一方で、これらの受動軸の移動量（回転量）から、観察点と、移動後の撮像部１１０及び保持部５２０との相対的な位置関係が算出され、算出された当該情報に基づいて、光軸が観察点を通過するように能動軸であるＯ２軸及びＯ３軸回りの回転、すなわち、撮像部１１０の傾斜移動が制御される。更に、Ｏ５軸及びＯ６軸回りの回転に伴う撮像部１１０の移動量に基づいて、観察点と撮像部１１０との距離が一定に保たれるように、すなわち、ポイントロックＳＷ１５４が押下された時点での観察点と撮像部１１０との距離（すなわち作動距離）を半径とする球面上を撮像部１１０が移動するように、Ｏ４軸回りの回転が制御される。これにより、術者が大まかに撮像部１１０の位置を動かすだけでも、観察点を見失うことなく、常に観察点を向いた状態で、かつ作動距離が一定の状態で、撮像部１１０が移動することとなる。
【０１４８】  所望の位置まで撮像部１１０を移動させたところで、術者は、ポイントロックＳＷ１５４を離し、保持部３２０の動作モードを固定モードに移行させ、撮像部１１０の位置を固定する。術部を別の方向から観察しながら、術者は、当該術部に対して適宜処置を行うことができる。
【０１４９】  以上、第３の実施形態に係る医療用観察装置５０の使用時の動作について説明した。以上説明したように、第３の実施形態によれば、観察点と撮像部１１０の距離まで含めて、ポイントロック動作を実行することが可能となる。例えば、観察点と撮像部１１０との距離を一定に保った状態でポイントロック動作を行うことができるため、撮像部１１０を移動させても、ピントがずれることがなく、常に鮮明な撮像画像が術者に対して提供されることとなり、術者の利便性をより向上させることができる。
【０１５０】  なお、医療用観察装置５０の機能構成は、図８に示す第２の実施形態に係る医療用観察装置３０の機能構成と略同一であり得る。ただし、医療用観察装置５０では、平行四辺形リンク機構６４０は、受動回転軸部１６０ではなく、能動回転軸部３７０に対応する。また、制御部３９０の駆動制御部３９４は、ポイントロックモードにおいて、回転軸部４２０、４３０に対して、第２の実施形態と同様の制御、すなわち、観察点が撮像部１１０の光軸上に常に位置するような駆動制御を行うとともに、平行四辺形リンク機構６４０に対して、観察点と撮像部１１０との距離が一定に保たれるような駆動制御を行う。例えば、駆動制御部３９４は、観察点位置算出部１９３から提供されるポイントロック動作が開始された時点での観察点の３次元的な位置情報と、アーム状態取得部１９２から提供されるポイントロック動作中におけるアーム状態（すなわち、保持部の位置及び姿勢）についての情報と、に基づいて、観察点と撮像部１１０との距離が一定に保たれるように平行四辺形リンク機構６４０を駆動させるための制御量を、トルク値として算出する。そして、駆動制御部３９４は、当該トルク値が実現されるように、平行四辺形リンク機構６４０のアクチュエータ３７５を駆動させる。なお、駆動制御部３９４が上記のような制御量を算出する際には、例えば一般的に用いられている力制御の理論を適用することが可能である。
【０１５１】  ここで、上記の第３の実施形態では、第２の実施形態に示す構成に対して能動軸の数が増加された構成について説明した。ただし、第３の実施形態はかかる例に限定されない。例えば、図２に示す第１の実施形態に係る医療用観察装置１０の構成に対して、平行四辺形リンク機構２４０にアクチュエータを設けることにより、第３の実施形態に係る医療用観察装置が構成されてもよい。この場合であっても、Ｏ２軸、Ｏ３軸及びＯ４軸が能動軸として振る舞うこととなり、上述したような観察点と撮像部１１０との距離まで制御されたポイントロック動作が実現され得る。ただし、第１の実施形態に係る医療用観察装置１０の構成において平行四辺形リンク機構２４０が能動軸として機能するように変更された場合には、変更後の平行四辺形リンク機構の駆動制御は、他の能動軸に対応する回転軸部２２０、２３０と同様に、位置制御によって実行され得る。その場合、例えば、一般的な位置制御の手法を用いて、観察点と撮像部１１０との距離が一定に保たれるように平行四辺形リンク機構を駆動させるための制御量が、当該平行四辺形リンク機構における回転角度の値として算出され得る。
【０１５２】  （５．変形例）  以上説明した第１〜第３の実施形態におけるいくつかの変形例について説明する。
【０１５３】  （５−１．撮像部がＡＦ機能を有する変形例）  まず、撮像部がオートフォーカス（ＡＦ）機能を有する変形例について説明する。ここでは、一例として、図２に示す第１の実施形態に係る医療用観察装置１０の撮像部１１０がＡＦ機能を有する場合について説明する。
【０１５４】  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、保持部１２０に設けられる回転軸のうち、Ｏ２軸及びＯ３軸の駆動を能動的に制御することにより、撮像部１１０にポイントロック動作を行わせることができる。このように、第１の実施形態におけるポイントロック動作は、Ｏ２軸及びＯ３軸の駆動制御によって行われるため、撮像部１１０の傾斜移動は制御されるが、観察点と撮像部１１０との距離は必ずしも一定ではない。
【０１５５】  一方、手術においては、例えばノミやハンマーを用いて骨などの硬組織を切断、研削するような処置が行われることがある。このような処置を行う場合には、観察点（すなわち術部）と撮像部１１０との間に比較的広い作業空間を確保する必要があるため、ポイントロック動作を継続したまま、撮像部１１０を観察点から遠ざける操作を行う必要がある。
【０１５６】  図１０は、このような、作業空間を確保するために撮像部１１０を観察点から遠ざける操作を概略的に示す図である。図１０に示すように、例えば、観察点７４３（術部７４３）に対してノミ７４１及びハンマー７４２を用いた処置が行われる場合には、ポイントロック動作を継続したまま、すなわち、観察点７４３を固定したまま、撮像部１１０を傾斜移動させ、更に撮像部１１０を観察点７４３から遠ざける操作が行われ得る。
【０１５７】  ここで、撮像部１１０の焦点距離は、例えば、移動前の撮像部１１０の位置において観察点７４３と一致するように調整されている。従って、撮像部１１０と観察点７４３との距離が変化すると、ピントがずれてしまい、観察点７４３に対する正常な観察を行うことができなくなってしまう。
【０１５８】  そこで、本変形例では、撮像部１１０にＡＦ機能を設け、例えばポイントロックＳＷ１５４が押下されている間（すなわち、ポイントロック動作中）は、当該ＡＦ機能により撮像部１１０の焦点が常に観察点７４３に合うように、焦点距離が調整されるようにする。これにより、ポイントロック動作時に、撮像部１１０と観察点７４３との距離が変化した場合であっても、常に観察点７４３の鮮明な撮像画像が術者に対して提供されることとなり、術者の利便性を向上させることができる。
【０１５９】  ここで、実際に術者によって処置が行われるのは、ポイントロック動作によって観察点７４３を異なる方向から観察するように撮像部１１０の位置が変更されてから、固定モードに移行した後のことである。従って、撮像部１１０に設けられるＡＦ機能は、ポイントロック動作時に常に有効に機能するのではなく、ポイントロックＳＷ１５４が離されることをトリガとして有効に働くように構成されてもよい。このような構成であれば、ポイントロックモードから固定モードに移行すると同時に観察点７４３に撮像部１１０の焦点が合わせられるため、術者がフォーカスＳＷ１５２を用いて手作業で焦点距離の調整を行う必要がなく、より円滑に手術を実行することが可能となる。
【０１６０】  以上、撮像部１１０がＡＦ機能を有する変形例について説明した。なお、上記の説明では、一例として、第１の実施形態に係る医療用観察装置１０の撮像部１１０にＡＦ機能が設けられる場合について説明したが、本変形例は、第２の実施形態に係る医療用観察装置３０の撮像部１１０に対してＡＦ機能を設ける場合であっても、同様の効果を得ることが可能である。
【０１６１】  （５−２．応力検知に基づく力制御によって撮像部を移動させる変形例）  次に、応力検知に基づく力制御によって撮像部を移動させる変形例について説明する。ここでは、一例として、図６に示す第２の実施形態に係る医療用観察装置３０に対して本変形例を適用した場合について説明する。
【０１６２】  上記（３．第２の実施形態）で説明したように、第２の実施形態では、保持部３２０においてＯ２軸及びＯ３軸に対応する回転軸部４２０、４３０に力センサ４２１、４３１が設けられ、オールフリーモード時及びポイントロックモード時に、当該力センサ４２１、４３１の検出値に基づいて、回転軸部４２０、４３０の駆動がいわゆる力制御によって制御される。例えば、上記で説明した実施形態では、オールフリーモード時において、力センサ４２１、４３１の検出値が略ゼロとなるように回転軸部４２０、４３０の駆動が制御されていた。このような制御を行うことにより、術者は、オールフリーモード時において、ほぼ抵抗を感じずに手動で撮像部１１０を移動させることができる。また、ポイントロックモード時においては、ポイントロック動作を実現するように回転軸部４２０、４３０の駆動が制御されていた。しかしながら、力制御によって実現され得る制御はかかる例に限定されない。本変形例では、回転軸部４２０、４３０の駆動制御について、力制御を用いた異なる制御を行うことにより、ユーザの利便性を更に向上させることを可能とする。
【０１６３】  図１１は、本変形例が適用された場合における、撮像部１１０の移動について説明するための説明図である。図１１では、説明のため、図６に示す医療用観察装置３０の構成のうち、回転軸部４３０よりも先端側の構成、すなわち、撮像部１１０、回転軸部２１０、４２０、４３０及びアーム２７１、２７２を抜き出し、ｚ軸方向から見た様子を図示している。また、撮像部１１０による撮像画像が表示されるディスプレイ装置の表示画面７５１を併せて図示している。
【０１６４】  例えば、図１１（ａ）に示すように、オールフリーモード又はポイントロックモードが終了し、固定モードに移行した直後において、処置を行う対象である術部７５３（すなわち、観察点７５３）が、表示画面７５１の中心７５２とずれてしまっていたとする。この場合、術者は、術部７５３が表示画面７５１の中心７５２と略一致するように、ｘ−ｙ平面内における撮像部１１０の位置を微調整する必要がある。
【０１６５】  ここで、上記（３−２．使用時の動作）で説明した第２の実施形態における操作方法に従えば、術者は、保持部３２０の動作モードをオールフリーモードに移行し、撮像部１１０の位置を微調整することができる。しかしながら、表示画面７５１に表示されている撮像画像は、所定の倍率で拡大された画像であり得る。従って、表示画面７５１上の見た目の距離とは異なり、実際に必要な撮像部１１０の移動距離は、例えば数（ｍｍ）程度である可能性がある。オールフリーモードでは、撮像部１１０を非常に軽い力で、ほぼ抵抗なく移動させることが可能であるが、このように撮像部１１０を僅かな距離だけ移動させたい場合には、オールフリーモードは必ずしも最適な操作性を提供するものであるとは言えない。
【０１６６】  そこで、本変形例では、固定モードにおいて、撮像部１１０を移動させようとして術者によって所定の値よりも大きい外力が加えられた場合に、一定の抵抗を術者の手に与えながら当該外力の方向に撮像部１１０が移動するように、回転軸部４２０、４３０の駆動を制御する。例えば、図１１（ｂ）に示すように、撮像部１１０を移動させようとして術者によって外力Ｆが加えられると、当該外力Ｆは、回転軸部４２０、４３０に負荷される応力値ｆ１、ｆ２として、力センサ４２１、４３１によって検出され得る。制御コントローラ１４０は、検出されたこれら応力ｆ１、ｆ２を合成することにより、負荷された外力Ｆの大きさを算出することができる。また、制御コントローラ１４０は、応力ｆ１、ｆ２の比率により、外力Ｆが負荷されている方向を算出することができる。
【０１６７】  算出された外力Ｆの大きさが所定の値よりも大きい場合、制御コントローラ１４０は、一定の抵抗を術者の手に与えながら当該外力の方向に撮像部１１０が移動するように、力センサ４２１、４３１及びエンコーダ４２２、４３２の検出値を随時フィードバックしながら、アクチュエータ４２３、４３３の駆動を制御する。回転軸部４２０、４３０は、撮像部１１０の光軸と互いに直交する２軸であるＯ２軸及びＯ３軸にそれぞれ対応する回転軸部であるため、回転軸部４２０、４３０の駆動を適宜制御することにより、ｘ−ｙ平面内における撮像部１１０の移動を制御することができるのである。ここで、制御コントローラ１４０は、当該駆動制御を、術者によって外力が加えられている間だけ実行し、術者による外力の負荷が停止された場合にはその位置で撮像部１１０が停止するように回転軸部４２０、４３０の駆動を制御する。これにより、術者は、所定の抵抗を感じながら撮像部１１０を移動させることができ、また、撮像部を移動させる操作を止めればその位置で撮像部１１０を停止させることができる。従って、撮像部１１０を僅かな距離だけ移動させる操作を、より円滑に実行することが可能となる。なお、以上説明したような回転軸部４２０、４３０の駆動制御は、例えば一般的な力制御の理論を適用することにより実現可能であるため、その詳細な説明は省略する。
【０１６８】  ここで、例えば回転軸部４２０、４３０における回転運動に対して機械的に軽い摩擦が生じさせるような構成を設けることにより、本変形例のように、手動で撮像部１１０を移動させる際に術者に対して所定の抵抗を与えることを実現できる可能性がある。しかしながら、機械的な摩擦を用いる場合には、静摩擦係数と動摩擦係数との差に起因するスティックスリップ現象が生じてしまい、撮像部１１０を滑らかに移動させることが困難になる恐れがある。また、ｘ−ｙ平面内での撮像部１１０の移動は、回転軸部４２０、４３０における回転運動が連動することにより実現され得るため、機械的な摩擦を用いる場合には、撮像部１１０のｘ軸方向への移動とｙ軸方向への移動とが滑らかに連動せずに、ステップ状の移動となってしまう可能性がある。
【０１６９】  一方、本変形例によれば、アクチュエータ４２３、４３３の駆動を制御することにより、術者に対して所定の抵抗感を付与しつつ撮像部１１０を移動させる。アクチュエータ４２３、４３３の出力は、互いに連動して連続的に変化させることが可能であるため、術者に対して与えられる抵抗が激しく変化することなく、また、ｘ−ｙ平面内における直線的な撮像部１１０の移動が可能となる。
【０１７０】  以上、応力検知に基づく力制御によって撮像部１１０を移動させる変形例について説明した。以上説明したように、本変形例によれば、撮像部１１０の移動に際して力制御を用いた異なる制御を行うことにより、術者の利便性を更に向上させることが可能となる。なお、上記の説明では、一例として、第２の実施形態に係る医療用観察装置３０に対して本変形例が適用される場合について説明したが、本変形例は、制御対象である回転軸部に力センサが設けられ、当該回転軸部の駆動が力制御によって行われるものであれば、他の構成を有する医療用観察装置に対しても適用可能である。例えば、上述した第３の実施形態に係る医療用観察装置５０に対して本変形例が適用されてもよい。この場合、図９に示す回転軸部４２０、４３０及び平行四辺形リンク機構６４０の力センサ４２１、４３１、６４１によって検出された応力に基づいて、負荷された外力の方向に所定の抵抗が付与された状態で撮像部１１０が移動するように、回転軸部４２０、４３０及び平行四辺形リンク機構６４０の駆動が制御されることとなり、撮像部１１０の３次元的な移動に対して、同様の制御を実行することが可能である。
【０１７１】  （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。
【０１７２】  また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、また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うる。
【０１７３】  なお、上述した各実施形態及び各変形例は、可能な範囲で互いに組み合わせることが可能である。例えば、能動軸のうちの一部を、位置制御によって駆動が制御される能動軸（例えば図２に示す回転軸部２２０、２３０）によって構成し、残りの能動軸を、力制御によって駆動が制御される能動軸（例えば図６に示す回転軸部４２０、４３０）によって構成してもよい。この場合、位置制御と力制御とを適宜組み合わせて各能動軸の駆動を制御することにより、保持部について、上述した各実施形態や各変形例と同様の駆動制御を行うことが可能となる。
【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）術部の画像を撮影する撮像部と、前記撮像部が接続され、少なくとも６自由度で動作可能に回転軸が設けられる保持部と、を備え、前記回転軸のうち、少なくとも２軸は当該回転軸の状態に基づいて駆動が制御される能動軸であり、少なくとも１軸は接触を伴う外部からの直接的な操作に従って回転する受動軸である、医療用観察装置。（２）前記能動軸の駆動が所定の条件に基づいて制御されることにより、前記撮像部の位置及び姿勢が制御される、前記（１）に記載の医療用観察装置。（３）前記撮像部が移動する際に、移動後の前記撮像部による観察点が移動前の前記撮像部による観察点と一致するように、観察点が前記撮像部の光軸上に位置するように、前記能動軸の駆動が制御される、前記（１）又は（２）に記載の医療用観察装置。（４）前記能動軸には、前記撮像部の傾斜を決定可能な２つの回転軸が少なくとも含まれる、前記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の医療用観察装置。（５）前記能動軸には、前記撮像部の光軸と互いに直交する第１の回転軸と、前記光軸及び前記第１の回転軸と互いに直交する第２の回転軸と、が含まれる、前記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の医療用観察装置。（６）前記保持部は、カウンターウエイトを有するバランスアームである、前記（１）〜（５）のいずれか１項に記載の医療用観察装置。（７）前記回転軸には、当該回転軸の状態を検出する状態検出部が設けられ、前記能動軸として機能する前記回転軸には、当該回転軸における回転を駆動するアクチュエータが更に設けられ、前記能動軸においては、前記状態検出部によって検出された前記回転軸の各々の状態に基づいて、前記アクチュエータの駆動が制御される、前記（１）〜（６）のいずれか１項に記載の医療用観察装置。（８）前記状態検出部は、前記回転軸における回転角度を検出するエンコーダを含み、  前記能動軸においては、前記エンコーダによって検出された前記回転軸の各々の回転角度に基づいて、前記アクチュエータの駆動が制御される、前記（７）に記載の医療用観察装置。（９）前記能動軸に設けられる前記状態検出部は、少なくとも前記能動軸に負荷される外力を検出する力センサを更に含み、前記能動軸においては、前記エンコーダによって検出された前記回転軸の各々の回転角度と、前記力センサによって検出された前記能動軸の各々における応力値と、に基づいて、前記アクチュエータの駆動が制御される、前記（８）に記載の医療用観察装置。（１０）前記能動軸には、前記撮像部の傾斜を決定可能な２つの回転軸と、前記撮像部と観察点との距離を決定可能な１つの回転軸と、が少なくとも含まれ、前記撮像部が移動する際に、移動後の前記撮像部による観察点が移動前の前記撮像部による観察点と一致するように、かつ、前記撮像部と前記観察点との距離が一定に保たれるように、前記能動軸の駆動が制御される、前記（１）〜（９）のいずれか１項に記載の医療用観察装置。（１１）前記保持部の動作モードは、前記撮像部が移動する際に移動後の前記撮像部による観察点が移動前の前記撮像部による観察点と一致するように前記能動軸の駆動が制御されるポイントロックモードと、前��回転軸における回転が固定される固定モードと、のいずれかに少なくとも切り替え可能である、前記（１）〜（１０）のいずれか１項に記載の医療用観察装置。（１２）前記撮像部はＡＦ機能を有し、前記ポイントロックモードにおいて前記撮像部が移動する際に前記観察点に対して焦点を合わせるように、前記ＡＦ機能が常に作動される、前記（１１）に記載の医療用観察装置。（１３）前記撮像部はＡＦ機能を有し、前記ポイントロックモードから前記固定モードに移行する際に、前記観察点に対して焦点を合わせるように前記ＡＦ機能が作動される、前記（１１）に記載の医療用観察装置。（１４）前記能動軸には、前記撮像部の光軸と互いに直交する第１の回転軸と、前記光軸及び前記第１の回転軸と互いに直交する第２の回転軸と、が含まれ、前記第１及び第２の回転軸には、前記第１及び第２の回転軸における回転角度を検出するエンコーダと、少なくとも前記第１及び第２の回転軸に負荷される外力を検出する力センサと、前記第１及び第２の回転軸における回転を駆動するアクチュエータと、が設けられ、前記撮像部を移動させるために外力が負荷された際に、前記第１及び第２の回転軸の前記力センサの検出値に基づいて検出される前記外力の方向に、前記外力が負荷されている間、前記撮像部を移動させるように、前記能動軸の前記エンコーダ及び前記力センサによる検出値に基づいて前記能動軸の前記アクチュエータの駆動が制御される、前記（１）又は（２）に記載の医療用観察装置。（１５）術部の画像を撮影する撮像部と、前記撮像部が接続され、少なくとも６自由度で動作可能に回転軸が設けられる保持部と、を備え、前記回転軸のうち、前記撮像部の光軸と互いに直交する第１の回転軸と、前記光軸及び前記第１の回転軸と互いに直交する第２の回転軸と、の少なくとも２軸は、当該回転軸の状態に基づいて駆動が制御される能動軸であり、少なくとも１軸は、接触を伴う外部からの直接的な操作に従って回転する受動軸であり、前記第１及び第２の回転軸には、前記第１及び第２の回転軸における回転角度を検出するエンコーダと、少なくとも前記第１及び第２の回転軸に負荷される外力を検出する力センサと、前記第１及び第２の回転軸における回転を駆動するアクチュエータと、が設けられる、医療用観察装置。（１６）前記撮像部を移動させるために外力が負荷された際に、前記第１の回転軸及び前記第２の回転軸の前記力センサの検出値に基づいて検出される前記外力の方向に、前記外力が負荷されている間、前記撮像部を移動させるように、前記エンコーダ及び前記力センサによる検出値に基づいて前記アクチュエータの駆動が制御される、前記（１５）に記載の医療用観察装置。
【符号の説明】
【０１７５】  １０、３０、５０    医療用観察装置  １１０    撮像部  １２０、３２０、５２０    保持部（アーム部）  １３０    ベース  １４０    制御コントローラ  １６０    受動回転軸部  １６１、１７１、３７１    状態検出部  １６３、１７３、３７４    動作部  １７０、３７０    能動回転軸部  １８０    記憶部  １９０、３９０    制御部  １９１、３９１    動作モード制御部  １９２    アーム状態取得部  １９３    観察点位置算出部  １９４、３９４    駆動制御部  ２１０、２２０、２３０、２５０、２６０、４２０、４３０    回転軸部  ２４０、６４０    平行四辺形リンク機構  ２１１、２２１、２３１、２５１、２６１、２９１    ブレーキ  １１９、２１２、２２２、２３２、２５２、２６２、２９２、４２２、４３２、６４２    エンコーダ  １１８、２２３、２３３、４２３、４３３、６４３    アクチュエータ  ２８０    カウンターウエイト  ４２１、４３１、６４１    力センサ  ２４１、２４２、２４３、２４４、２７１、２７２、２７３、２７４    アーム  ２４５、２４６、２４７、２４８    軸受部 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年1月10日(2017.1.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
一方、外科手術においては、観察点を固定したまま（すなわち、手術用顕微鏡の光軸上に観察点が常に位置するように）手術用顕微鏡を傾斜移動させることにより、同一の術部を異なる角度から観察したいという要望がある。このように、観察点を固定したまま手術用顕微鏡が移動する動作のことを、ポイントロック動作又はピボット動作とも呼称し、ポイントロック動作又はピボット動作を用いた術部の観察のことを、ポイントロック観察又はピボット観察とも呼称する。手術用顕微鏡を保持するバランスアームやロボットアームにおいては、ポイントロック動作を実現するための技術が開発されている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
撮像素子１１１ａ、１１１ｂの前段には、対物光学系を構成する１対の凹レンズ１１２ａ及び凸レンズ１１２ｂ、変倍光学系を構成する凸レンズ１１３ａ、凹レンズ１１３ｂ及び凸レンズ１１３ｃ、並びに、結像光学系を構成する凸レンズ１１４ａが配置される。また、凸レンズ１１３ａ、凹レンズ１１３ｂ及び凸レンズ１１３ｃ、並びに、凸レンズ１１４ａは、各撮像素子１１１ａ、１１１ｂに対応して、２組設けられる。対物光学系を構成する凹レンズ１１２ａ及び凸レンズ１１２ｂを通過して撮像部１１０に入射した光は、各撮像素子１１１ａ、１１１ｂに対応して設けられる変倍光学系を構成する凸レンズ１１３ａ、凹レンズ１１３ｂ及び凸レンズ１１３ｃ、並びに、結像光学系を構成する凸レンズ１１４ａをこの順に通過して、撮像素子１１１ａ、１１１ｂ上に結像されることとなる。なお、図面が煩雑になることを避けるために図３では図示を省略しているが、撮像部１１０の筐体１１５内に設けられる各構成部材は、各種の支持部材によって筐体１１５に対して適宜支持されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
回転軸部２１０には、ブレーキ２１１及びエンコーダ２１２が搭載される。エンコーダ２１２は、Ｏ１軸における回転角度を検出する。ブレーキ２１１は、上述したオールフリーＳＷ１５３及びポイントロックＳＷ１５４に対する操作によって駆動され、必要に応じてＯ１軸における回転を規制する。ブレーキ２１１が機能している間は、例えば術者によって手動で外力が加えられた場合であっても、Ｏ１軸における撮像部１１０の回転が生じないようにすることができる。回転軸部２１０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ない回転軸部は、ブレーキが機能していない場合（例えば上述したオールフリーモードやポイントロックモード）であれば、例えば術者による手動での直接的な操作に従って回転する回転軸を構成し得る。本明細書では、このような直接的な操作に従って回転する回転軸のことを受動軸とも呼称する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８３】
以上、第１の実施形態に係る医療用観察装置１０の使用時の動作について説明した。なお、上述したように、術者は、オールフリーＳＷ１５３を押下した状態で、撮像部１１０を移動させ視野の調整を行うため、オールフリーＳＷ１５３は、撮像部１１０の把持部を握った状態で押下しやすい位置に配置されることが望ましい。一方、ポイントロック動作を行う際には、術者は、視野の調整のような細かい操作を行う必要はなく、術者自身の感覚としては大まかに撮像部１１０の位置を移動させる操作を行えばよいため、ポイントロックＳＷ１５４は、把持部との位置関係を特に考慮することなく、術者の指の届く範囲で、撮像部１１０のいずれの部位に配置されてもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９４】
記憶部１８０は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス又は光磁気記憶デバイス等により構成され、医療用観察装置１０によって処理される各種の情報を記憶する。例えば、記憶部１８０は、医療用観察装置１０の保持部の駆動制御に係る各種の情報を記憶することができる。駆動制御に係る各種の情報とは、例えば、保持部に対応する内部モデルや、撮像部１１０のエンコーダ１１９による検出値及び状態検出部１６１、１７１のエンコーダ１６２、１７２による検出値、後述するアーム状態についての情報、観察点の位置情報、並びに、動作部１７３のアクチュエータ１７４の制御量についての情報等の各種の情報を含む。制御部１９０は、記憶部１８０にアクセス可能に構成されており、制御部１９０は、記憶部１８０に記憶されている各種の情報を用いて各種の演算処理を行うことができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１６６】
そこで、本変形例では、固定モードにおいて、撮像部１１０を移動させようとして術者によって所定の値よりも大きい外力が加えられた場合に、一定の抵抗を術者の手に与えながら当該外力の方向に撮像部１１０が移動するように、回転軸部４２０、４３０の駆動を制御する。例えば、図１１（ｂ）に示すように、撮像部１１０を移動させようとして術者によって外力Ｆが加えられると、当該外力Ｆは、回転軸部４２０、４３０に負荷される応力値ｆ１、ｆ２として、力センサ４２１、４３１によって検出され得る。制御コントローラ１４０は、検出されたこれら応力値ｆ１、ｆ２を合成することにより、負荷された外力Ｆの大きさを算出することができる。また、制御コントローラ１４０は、応力値ｆ１、ｆ２の比率により、外力Ｆが負荷されている方向を算出することができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2016017532.tif 000014
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2016017532.tif 000015
【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
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【国際調査報告】
2016017532.tif 000017
2016017532.tif 000018
2016017532.tif 000019
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