(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者内部のワークサイト（２２）での手術用の腹腔鏡手術システムであって、手術器具（１４２）、サーボ機構（４２）及びコントローラ（１４０）を備え、該手術器具（１４２）は、腹腔鏡手術器具からなり、
手術器具（１４２）は、小切開部を通して患者に挿入し患者内部のワークサイト（２２）に隣接した位置に配置するための挿入手段を備え、該挿入手段は、患者内部のワークサイト（２２）にて人間の組織を操作するためのエンドエフェクターを備える上記腹腔鏡手術システムにおいて、
前記手術器具（１４２）は、エンドエフェクター手段を作動させるための制御手段を備え；
コントローラ（１４０）が、ハウジング（１４４）、外側リンク（１５０Ｌ２）、内側リンク（１５０Ｌ１）及びセンサー（１６８）を備え；
外側リンク（１５０Ｌ２）が前記センサー（１６８）を支持し；
外側リンク（１５０Ｌ２）は、外科医が外側リンク（１５０Ｌ２）を動かしかつ前記センサー（１６８）を独立に作動させることができるように、外科医により保持されるよう構成され；
外側リンク（１５０Ｌ２）は、外側リンク（１５０Ｌ２）が内側リンク（１５０Ｌ１）に対して回転し且つ内側リンク（１５０Ｌ１）に対して伸縮できるように、１以上のジョイントにより内側リンク（１５０Ｌ１）に連結され；
内側リンク（１５０Ｌ１）は、ハウジング（１４４）に連結された基部側の端部と、外側リンク（１５０Ｌ２）に連結された末端側の端部とを有し；
内側リンク（１５０Ｌ１）は、内側リンク（１５０Ｌ１）が２つの直交する旋回軸のまわりで旋回できるように、１以上のジョイントによりハウジング（１４４）に連結され；そして
サーボ機構（４２）は、ハウジング（１４４）に対するコントローラ（１４０）の外側リンク（１５０Ｌ２）の運動により、小切開部に対して、挿入手段のエンドエフェクター手段の対応する運動が生じ、センサー（１６８）の作動により、エンドエフェクター手段の作動が生じるように、コントローラ（１４０）を手術器具（１４２）に連結する；
ことを特徴とする前記腹腔鏡手術システム。
【請求項２】
手術器具が、小切開部に隣接する旋回点にて交差する２つの垂直な軸のまわりで前記挿入手段を旋回させ、小切開部に対して該挿入手段を挿入及び後退させ、かつ挿入手段を回転させるための制御手段を備える、請求項１に記載の腹腔鏡手術システム。
【請求項３】
サーボ機構（４２）は、
ハウジング（１４４）に対する制御アームの内側リンク（１５０Ｌ１）の旋回運動により、挿入手段の対応する旋回運動が生じ；
内側リンク（１５０Ｌ１）に対する制御アームの外側リンク（１５０Ｌ２）の軸方向の運動により、挿入手段の対応する挿入及び後退が生じ；
内側リンク（１５０Ｌ１）に対する制御アームの外側リンク（１５０Ｌ２）の回転運動により、エンドエフェクター手段の対応する回転が生じ；かつ
コントローラ（１４０）のセンサー（１６８）の作動により、手術器具（１４２）のエンドエフェクター手段の作動が生じるように、
コントローラ（１４０）を手術器具（１４２）に連結する、請求項２に記載の手術システム。
【請求項４】
コントローラ（１４０）は、ハウジング（１４４）に対するコントローラ（１４０）の制御アームの末端側の端部の運動により、旋回点に対する手術器具（１４２）の前アームリンクの対応するより小さい運動が生じるように、サーボ機構のスケーリングを用いるサーボ機構（４２）によって手術器具（１４２）に連結される、請求項１、２又は３に記載の手術システム。
【請求項５】
コントローラ（１４０）が、力フィードバックを組み入れたサーボ機構（４２）により手術器具（１４２）に連結される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の手術システム。
【請求項６】
一方のコントローラ（１４０）が外科医の左手で操作でき、もう一方のコントローラ（１４０）が外科医の右手で同時に操作できるように、上述したような第２コントローラ（１４０）、第２手術器具（１４２）及び第２サーボ機構を備える、請求項１に記載の手術システム。
【請求項７】
ワークサイトのリアルタイム画像を取るための画像取込装置（４６）と、リアルタイム画像の表示を生成するための画像生成器（５４）とをさらに備え、該表示が、コントローラ（１４０）に実質的に重なって配置される、請求項１に記載の手術システム。
【請求項８】
画像取込装置（４６）はワークサイトの点（Ｆ）で光路長（Ｌ）を有し、ディスプレー（５４）は、コントローラ（１４０）においてディスプレー上の点（Ｆ）とオペレータの眼との間の光路長（ａ＋ｂ）を有するように配置され、ワークサイトでの光路長（Ｌ）は、コントローラ（１４０）での光路長（ａ＋ｂ）よりも実質的に小さく、該システムはさらに、光路長（Ｌ）が光路長（ａ＋ｂ）と同じに見えるようにリアルタイム画像をスケーリングするための画像スケーリング手段を備える、請求項７に記載の手術システム。
【請求項９】
画像取込装置が、ワークサイトの拡大画像を生成するビデオカメラを備え、該ビデオカメラは、ワークサイトの点（Ｘ，Ｙ，Ｚ）からの光源が仮想ワークサイト内の点（ＭＸ，ＭＹ，ＭＺ）での対応する光源として再生されるように選択されたレンズの焦点距離を有する、請求項７に記載の手術システム。
【請求項１０】
ロボットアーム；
前記ロボットアームにより保持された内視鏡手術器具；及び
ハンドルを有し、かつロボットアームと電気通信するコントローラ；
を備えた医療ロボットシステムであって、
コントローラでの運動により、ロボットアームと手術器具との比例した運動が生じ、前記内視鏡手術器具は、関節連結された内視鏡手術器具であり；そして
該関節連結された手術器具は、リストジョイントにより手術器具の先端に連結されたシャフトを備え、該関節連結された手術器具は、シャフトの第１部分が患者の外部にあり且つシャフトの第２部分が患者の内部にあるように、切開部を介して患者に挿入でき；
前記ハンドルがセンサーを有し、かつリンク機構により支持され、ハンドルの運動により、前記切開部を通って延びるシャフトの軸のまわりでのシャフトの前記第１部分及びシャフトの第２部分の回転、該軸に沿っての前記シャフトの平行移動、及び前記リストジョイントの関節連結が生じ、ハンドルのセンサーの作動により、手術器具の先端の操作が生じる、
前記医療ロボットシステム。
【請求項１１】
ユーザーによる手術器具の運動の制御を可能にするシステムであって、該手術器具が、対象物を表示するディスプレー装置に連結された前記システムにおいて、
該手術器具を移動させる機構であって、前記機構は、手術器具に連結された第１のリンク機構アームと、前記第1のリンク機構アームの縦軸に垂直な平面内で前記第１のリンク機構アーム及び手術器具を回転させることができる第１作動器とを備え、前記第１作動器は、前記縦軸に平行な軸に沿って前記第１のリンク機構アームを平行移動させることができる直線作動器に連結される前記機構；
ディスプレー装置により表示された対象物に対して所望の方向に手術器具を移動させる指令を受ける入力装置；及び
手術器具を所望の方向に移動させる前記指令を受け、手術器具が所望の方向に移動するように、前記指令及び前記機構の元の位置に基づいて前記機構の運動を計算し、そして、出力信号を前記機構に与えて、前記機構を前記計算された運動だけ移動させて手術器具をユーザーにより指令された所望の方向に移動させるコントローラ；
を備える前記システム。
【請求項１２】
前記入力装置がハンドルを有し、そして
入力装置での運動により、手術器具の比例運動が生じる、
請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記コントローラが、前記入力装置から入力信号を受け取り、出力信号を前記コントローラに与えて手術器具を移動させるコンピュータである、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
器具マニプレータアセンブリに作動自在に連結された制御セクションを有するロボット医療器具システムであって、
該制御セクションは、オペレータ入力装置を有するオペレータ制御ステーションを備え；そして
前記器具マニプレータアセンブリは、駆動システムと挿入セクションを備え、該挿入セクションの少なくとも一部は、患者の開口を通して挿入して、患者の体内のワークサイトに隣接した位置に配置でき；
前記挿入セクションは、
基部側の端部、末端側の端部及び該基部側の端部と末端側の端部の間に延びる長手方向の中心線軸を有する本体部材；
基部側の端部と末端側の端部とを有する少なくとも１つの操縦可能な屈曲自在な部材であって、前記本体部材に連結され、かつ該本体部材から遠方に延びるように構成された前記操縦可能な屈曲自在な部材；及び
操縦可能な屈曲自在な部材の末端側の端部に隣接して連結されたエンドエフェクター；
を含み、
前記駆動システムは、複数の作動モータ及びリンク機構を備え、該駆動システムは、本体部材に対する少なくとも１つの運動の自由度をエンドエフェクターに与えるべく少なくとも前記操縦可能な屈曲自在な部材を運動させるべく、オペレータが入力装置を用いて挿入セクションを操作できるように、挿入セクションと制御ステーションの両方に作動可能に連結され、
前記本体部材の末端側の端部が患者の開口を通して挿入可能であり、
前記駆動システムが、更に、少なくとも１自由度にて前記本体部材を運動させるように前記本体部材の基部側の部分に作動可能に連結され、前記本体部材の運動は、前記本体部材の長手方向の中心線軸が常に整列して実質的に前記開口を通過するように調整され、
前記少なくとも１自由度が、前記本体部材の長手方向の軸に沿った前記本体部材の平行移動からなることを特徴とする前記ロボット医療器具システム。
【請求項１５】
エンドエフェクターは移動自在に作動でき、駆動システムはさらに、エンドエフェクターに少なくとも１つの動作を作動させて外科手術サイトにて組織を操作すべく、オペレータが入力装置を用いて挿入セクションを操作できるように、挿入セクションと制御ステーションの両方に作動可能に連結される、請求項１４に記載の手術システム。
【請求項１６】
前記挿入点に対する本体部材についての少なくとも１つの運動の自由度が、
（ａ）該挿入点のまわりの第１方向での前記本体部材の旋回；
（ｂ）挿入点のまわりの第１方向に垂直な第２方向での前記本体部材の旋回；
（ｃ）挿入点が前記本体部材に対してほぼ本体部材の中心線軸に沿って移動するような、本体部材の平行移動；及び
（ｄ）前記中心線軸のまわりの前記本体の軸回転；
のうちの少なくとも１つを含む、請求項１４〜１５のいずれか一項に記載の手術システム。
【請求項１７】
駆動システムは、さらに、オペレータが入力装置を用い挿入セクションを操作して、体壁の末端側の患者の体内の本体部材についての末端側の長手方向中心線軸に対して、一般に軸まわりにエンドエフェクターを回転させることができるように、挿入セクションと制御ステーションの両方に作動可能に連結される、請求項１４に記載の手術システム。
【請求項１８】
前記駆動システムが、前記屈曲自在な部材に連結可能な少なくとも１つの細長い操縦制御要素を備え、該制御要素は、前記本体部材に対しての少なくとも１つの自由度で前記屈曲自在な部材を操縦すべく作動可能である、請求項１４に記載の手術システム。
【請求項１９】
連結された前記少なくとも１つの細長い操縦制御要素が、複数のケーブルを含む、請求項１８に記載の手術システム。
【請求項２０】
前記本体部材が長手方向のチャネルを備え、前記屈曲自在な部材及びエンドエフェクターは、エンドエフェクターが前アームアセンブリから末端側のワークサイトに隣接した点まで延びることができるように、該長手方向のチャネルを通って除去自在に挿入できる、請求項１４に記載の手術システム。
【請求項２１】
遠隔制御オペレータステーションからワークサイトでの最小侵襲手術を行うためにスレーブマニプレータを制御するシステムであって、
マスターマニプレータアーム、該マスターマニプレータアームに移動自在に連結されたマスターリスト部材、及び該マスターリスト部材に移動自在に連結されたマスターエンドエフェクターを含む手動マスターリンク機構；及び
遠隔制御オペレータステーションからワークサイトでの最小侵襲手術を行うために、マスターリンク機構の運動に応じてスレーブマニプレータの運動を制御すべく、スレーブマニプレータをマスターリンク機構に連結するよう構成された機構；
を備え、
前記マスターリンク機構は、マスターリンク機構から手を放すことなくスレーブマニプレータの運動を制御するように、片手でマスターマニプレータアーム、マスターリスト部材、及びマスターエンドエフェクターを操作でき；
前記スレーブマニプレータは少なくとも１つの自由度にて運動でき、前記少なくとも１つの自由度は、患者の体の挿入点に交差する軸に沿った運動又は該軸の周りの運動からなる前記システム。
【請求項２２】
前記機構は、手動によるマスターマニプレータアームの運動に応じてスレーブマニプレータアームを運動させようにスレーブマニプレータアームをマスターマニプレータアームに連結し、手動によるマスターリスト部材の運動に応じてスレーブリスト部材を関節連結するようにスレーブリスト部材をマスターリスト部材に連結し、手動によるマスターエンドエフェクターの運動に応じてスレーブエンドエフェクターを作動させるようにスレーブエンドエフェクターをマスターエンドエフェクターに連結して構成される、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記マスターマニプレータアームは、旋回点に対して旋回でき、前記マスターリスト部材は、旋回ジョイントにてマスターマニプレータアームに連結され、該旋回ジョイントに対して旋回でき、前記マスターリスト部材は、その基部側の部分と末端側の部分との間に延びる軸のまわりに回転できる、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
制御セクション及び挿入セクションであって、該挿入セクションは、患者の体の開口を通して患者の中に挿入可能であり且つ患者の中の外科手術ワークサイトに移動できる、前記制御セクション及び挿入セクション；
を含む手術用マニプレータシステムであって、
前記挿入セクションは、基部側の端部、末端側の端部及び基部側の端部と末端側の端部の間に延びる長手方向の中心線軸を有する細長い部分と、エンドエフェクターとを備え、該エンドエフェクターは、エンドエフェクターに患者内での少なくとも２つの運動の自由度を与えるように、該細長い部分の末端側の端部に連結され、該エンドエフェクターは、柔軟で操縦可能な末端側の端部を有する医療用具に連結され；また
前記制御セクションは、手動式コントローラを有するオペレータ制御ステーションと、複数の制御モータ及びリンク機構を有する駆動システムとを含み、該駆動システムは、オペレータがコントローラを移動させて挿入セクションを操作し、外科手術ワークサイトに届くように駆動システムに及び医療用具に連結された操縦制御要素を用いて開口の内側に医療用具を挿入し操縦できるように、挿入セクションと制御ステーションの両方に操作可能に連結され；
前記駆動システムが更に、前記挿入セクションを少なくとも１自由度にて動かすように操作可能であり、前記少なくとも１自由度が前記開口と交差する軸に沿った運動又は該軸の周りの運動からなる、
前記手術用マニプレータシステム。
【請求項２５】
前記医療用具が、エンドエフェクターを支持し且つ前記細長い部分の作業用チャネル中にスライドして入れられるカテーテルを備え、制御セクションの操縦制御要素が、手動式コントローラの運動に応じて操縦可能なカテーテルを曲げる、請求項２４に記載の手術用マニプレータシステム。
【請求項２６】
前記制御セクションが、手動式コントローラの運動をエンドエフェクターの座標系に再マップするよう構成されたコンピュータを備える、請求項２５に記載の手術用マニプレータシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、テレオペレータ法とその装置、特に作業現場で働いているオペレータの手に直に感じるのと同じ感覚を遠隔装置のオペレータに提供する手段を含むものに関係する。
【背景技術】
【０００２】
テレオペレーティングは、良く知られているように、マニプレータを使った遠隔位置での作業を人間が行うことを含む。
【０００３】
テレプレゼンス（ｔｅｌｅｐｒｅｓｅｎｃｅ）は、オペレータが、実際に操作を行なう作業現場にいたら自分自身の手で行うのと同じフィードバックコントロールをテレオペレータに提供することを含む。テレプレゼンス操作は、一般的に据え付けのビジュアルディスプレー、特に、遠隔作業場所の立体映像ディスプレーの使用を含む。立体鏡テレビシステムは、例えば米国特許番号４，５６２，４６３と４，５８３，１１７や英国出願特許ＧＢ２，０４０，１３４に示されているように良く知られている。
【０００４】
フィードバック力と共に、映し出す立体鏡テレビを使った遠隔マニプレータもまた、例えば、「運動感覚の結合を通した遠隔マニプレータの制御」、ベクジー（Ｂｅｊｃｚｙ）ら、機械設計のコンピュータ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ  ｉｎ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）、１９８３年７月、４８〜６０頁及び「フォース−フィードバックマニプレータを用いたペグインホール作業に対するステレオの利点（Ｓｔｅｒｅｏ  Ａｄｖａｎｔａｇｅ  ｆｏｒ  ａ  Ｐｅｇ-Ｉｎ-Ｈｏｌｅ  Ｔａｓｋ  Ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｆｏｒｃｅ-Ｆｅｅｄｂａｃｋ  Ｍｎｉｐｕｌａｔｏｒ）」、スペイン（Ｅ．Ｈ．Ｓｐａｉｎ）、ステレオスコピック  ディスプレーと応用（Ｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃ  Ｄｉｓｐｌａｙｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）第１２５６巻、１９９０年、２４４〜２５４頁の論文に示されているように良く知られている。ベクジーらの論文には、フォーストルクフィードバック（ｆｏｒｃｅ−ｔｏｒｑｕｅ  ｆｅｅｄｂａｃｋ）が含まれている。また、米国特許番号３，９２１，４４５には、動力、トルク及び本発明で用いてもよいタイプのすべりセンサーを含んだマニプレータが示されている。
【０００５】
従来のマニプレータのオペレータには、作業現場に固定した３次元像が送られ、手動で、そのマニプレータをフィードバック制御していたが、オペレータには、作業現場に実際に存在する感覚は与えられていない。本発明は、遠隔マニプレータ現場に、存在するオペレータの感覚を実質的に加えた、遠隔マニプレーションシステムで、監視アレンジメントを目指したものである。
【特許文献１】米国特許第４，５６２，４６３号
【特許文献２】米国特許第４，５８３，１１７号
【特許文献３】英国特許出願第ＧＢ２，０４０，１３４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的の一つは、オペレータにより遠隔位置より制御される遠隔マニプレータに存在するオペレータの感覚を強める、改善された監視システムを含んだ、改善されたテレオペレータのシステム及び方法の提供である。
【０００７】
本発明の目的の一つは、前記タイプの改善されたテレオペレータのシステム及び方法の提供であり、オペレータが監視するマニプレータエンドエフェクターの像が、そのエンドエフェクターを制御するのにオペレータにより使用される手動コントローラの肝要な部分を含むものとして、オペレータにより知覚させられ、その結果、作業現場で得られる強い感覚をオペレータに与える。
【０００８】
本発明の目的の一つは、軍事、工業、生物医学などを含んだ種々の広い用途での使用によく適した前記タイプの改善されたテレオペレータのシステム及び方法の提供である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、作業現場に設置され、遠隔オペレータコントロールステーションでの手作動手段により制御されるマニプレータを含む。マニプレータのエンドエフェクターは、作業現場において、作業場所に置かれた物体をマニプレートするのに使われ、フォース  トルク  フィードバックが、エンドエフェクターの受けた機械的抵抗をオペレータに逆に伝達するのに用いられている。
【００１０】
立体映像ディスプレーが、作業場所の像をオペレータに提供する。本発明によれば、前記像が、手作動手段に近接して設置され、オペレータは、手作動手段の方向を向いて、手作動手段に近接した、監視像を見ることになる。現実と仮空のどちらかの作業場所の像が、手作動手段に近接して与えられるであろう。現実の像を映すディスプレー手段が、オペレータによる現実の像の直接の監視のため、手作動手段に近接して設置される。作業場所の仮空の像を映すため、鏡がオペレータの目と手作動手段の間に置かれる。この場合、ディスプレー手段は上下逆の現実の像を映し、その逆になった像は、前記鏡を経て映され、その鏡は、前記像を逆にし、オペレータに作業場所の仮空の像を与え、この作業場所が手作動手段に近接して位置するようにみえる。
【００１１】
エンドエフェクターが作業現場に置かれ、手作動手段が遠隔オペレータステーションに置かれているという事実にもかかわらず、手作動手段に近接して作業場所の像を設置することにより、オペレータは、エンドエフェクターと手作動手段が実質的に一体となる感覚を与えられる。オペレータに作業現場からの立体音響の音を与える、立体音響システムが含まれてもよい。ビデオカメラ手段は、作業現場の監視に使われ、作業現場の像が得られる。種々の他のセンサーやそれらに結合した応答器が、圧力、触覚、熱、振動及び強化されたテレプレゼンスオペレーションのための同様の情報の伝達のため、各々、作業現場とオペレータステーションに設置されてもよい。
【００１２】
用途によっては、異なった倍率操作がオペレータステーションと作業現場間の情報の伝達において用いられてよい。例えば、マイクロアッセンブリー、顕微手術及び、小さな部分のマニプレーションを含むようなオペレーションで、光学的かつ、又はビデオ拡大機がオペレータが監視する拡大された３次元像を与えるのに使われてもよい。手作動手段とマニプレータの間の同様の倍率操作で、オペレータの感覚は、縮小版のオペレータが作業現場にいるとしたら、もつであろう感覚と実質的には同じとなる。
【００１３】
図面の簡単な説明
本発明は、その他の目的および利点と共に添付図面を考察し下記の説明から最も良く理解されよう。図面は説明および実施例のためだけの目的であり、本説明がこれに限定されるものでないことは理解されよう。各図において、同様の参照数字は同一部品を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１−３について説明すると、テレオペレータシステムは、オペレータのステーション２０（図１および２）およびワークサイト２２（図１および３）を含むものとして示される。オペレータステーションのオペレータ１８は、遠隔ワークサイトのマニプレータ２４を制御する。マニプレータ２４は、右および左マニプレータ２４Ｒおよび２４Ｌからなり、それぞれ破線で示されるワークスペース３０内のプラットホームまたはベース２８上に置かれる対象物２６のような物体を操作するのに用いられる。説明を目的とするだけであり、これに限定するものではないが、上記右マニプレータ２４Ｒはベース２８に付加されたハウジング３２Ｒを含むものとして示され、そしてこのハウジングから入れ子式アーム３４Ｒが延び出ている。アーム３４Ｒの内端部３４Ｒ１は、従来型装着手段を用いて、任意のピボット方向にピボット運動するように装着される。例えば、アーム３４Ｒの内端部は、水平ピボット軸線３６の周りにピボット運動するように装着され、上記水平ピボット軸線が、引き続いて、垂直軸線３８の周りにピボット運動するようになっている。
【００１５】
アーム３４Ｒは、入れ子式内部部分３４Ｒ１と外部部分３４Ｒ２を含み、外部部分は内部部分３４Ｒ１の内方へ、そして内部部分３４Ｒ１から外方へ軸線方向移動、およびその縦軸線の周りの回転運動の両方に適合するようになっている。エンドエフェクター４０Ｒが、アームの外端部に支持され、説明の目的でグリッパを含むものとして示される。図示されないモータは、ピボット軸線３６および３８周りのアーム３４Ｒのピボット運動、アームの縦軸線に沿うおよび縦軸線周りの外側アーム部分３４Ｒ２の軸線方向および回転運動、およびグリッパ４０Ｒの開放と閉鎖を制御する。上記モータは、モータの制御用のモータ制御回路と共に、上記ハウジング３２Ｒ内に含むこともできる。上記モータは、コンピュータ４２の制御下で右マニプレータインターフェース４４Ｒおよび上記モータ制御回路を経てそれに接続される。
【００１６】
左マニプレータ２４Ｌは、右マニプレータ２４Ｒと事実上同一設計であり、同一参照番号であるがＲの代りに添字Ｌを付し、同一部品認識に用いられる。説明の目的で、図３に示される、左エンドエフェクター４０Ｌは、１対のはさみ刃の様式で作動する切断刃を含むものとして示される。
【００１７】
上記ワークサイトには１対のビデオカメラ４６Ｒおよび４６Ｌが設けられ、線４８Ｒおよび４８Ｌにおいて、それからの立体信号出力の作成のため、異なる角度からワークスペース３０を観察する。図３に示される両カメラの光軸間の角γは、図２に示されるようなワークスペースの像のオペレータの両眼間の視角γに事実上等しい。
【００１８】
線４８Ｒおよび４８Ｌにおけるビデオカメラ出力は、カメラからの右および左の像のビデオ視野の瞬間記憶用のイメージメモリ５０に供給される。イメージメモリ５０からの右および左の像の視野は、左／右スイッチ５２を経て、モニタの面５４Ａにおける２つの像の交互ディスプレー用のテレビジョンモニタのような視覚ディスプレー５４に交互に供給される。調時および制御手段５６は、上記システムの各種素子に調時および制御信号を送り、上記システムの信号調時および制御用の、立体画法ディスプレーシステムに含まれた素子を含んでいる。もしもディジタル記憶手段５０が用いられる時には、記憶に先だちアナログ・ディジタル変換器により、カメラ信号出力のディジタル信号形への変換およびモニタ５４におけるディスプレーに備えて、左／右スイッチから、アナログ信号形式へディジタル信号出力の変換が用いられることもある。
【００１９】
ディスプレー手段５４の表面の電子光学デバイス５８は、調時及び制御ユニット５６からの、左／右同期信号の制御下でディスプレー手段５４から受けた偏光を制御する。上記左および右の像視野は、直角方向に偏光される、右および左の偏光素子６２および６４を備えた、１対の受動偏光眼鏡を着けたオペレータ１８により観察される。上記電子光学デバイス５８を経たディスプレー５４からの偏光は、オペレータによる立体画法目視のため、右視野が左眼から遮光され、そして左視野が右眼から遮光されるような視野による同期された視野である。オペレータに遠隔ワークスペースの立体視界を与えるため、この発明の実施に用いることもできる、例えば、活性立体眼鏡を使用するものを含め、左および右の像視野の立体画法目視用の他の手段は周知である。
【００２０】
モニタ５４用の垂直偏向コイル結線は逆転され、モニタを底部から頂部へ走査させ、これによりワークスペース３０の頂部−底部反転像３０Ｉを生じる。文字ａ，ｂ，ｃおよびｄはワークスペース３０および反転ワークスペース像３０Ｉの対応かどを識別するために用いられる。上記反転ワークスペース像３０Ｉは、テーブル６８の上面のミラー６６を介してオペレータにより観察され、上記ミラーは像３０Ｉを反転して、オペレータにより直立位置に観察されるように上記像を反射する。上記ミラーの方向に見おろす時に、オペレータはワークスペース３０の仮想像３０Ｖを観察する。本発明の一態様によると、図１−３において、オペレータにより観察される像は仮想像を含み、ワークサイトにおいてマニプレータ手段２４の制御のため、上記オペレータにより用いられるコントローラ手段７０に隣接配置される。
【００２１】
コントローラ手段７０は、テーブル上面６８の直下に配置されて、右及び左コントローラ７２Ｒおよび７２Ｌを含み、それぞれ右及び左マニプレータ２４Ｒおよび２４Ｌの制御をする。上記右及び左コントローラは事実上同一設計であるので、一方の説明が両方に適用される。マニプレータにおけるように、添字Ｒ及びＬが、右コントローラの素子と左コントローラの素子とを識別するのに用いられる。説明の目的で、これに限定されるものではなく、右コントローラ７２Ｒはテーブル上面６８の底部に固着されたハウジング７４Ｒを含むのが示され、これから入れ子式コントロールアームすなわちスティックの形式の手作動コントローラ７６Ｒが延び出る。
【００２２】
右及び左コントロールアーム７６Ｒおよび７６Ｌは、関連マニプレータアーム３４Ｒ及び３４Ｌにおけると同じ自由度がそれぞれに与えられる。例えばコントロールアーム７６Ｒの内端部はマニプレータピボット軸線３６に相当する水平軸線３６の周りにピボット運動され、この軸線は順次、マニプレータ軸線３８に相当する横断垂直軸線の周りにピボット運動するのに適するようになっている。コントロールアーム７６Ｒはまた内部部分７６Ｒ１および外部部分７６Ｒ２を含み、外部部分は内部部分７６Ｒ１内への軸線方向移動および内部部分７６Ｒ１から出る軸線方向運動、およびその縦軸線周りの回転運動の両方に適している。コントロールアーム７６Ｒには関連マニプレータアーム３４Ｒと同様に４つの自由度が与えられていることは明白であろう。さらに、センサ手段７８Ｒが外部アーム部分７６Ｒ２の外端部に隣接配置され、グリッパ４０Ｒのグリッピング作動を制御するのに用いられる。同様にセンサ手段７８Ｌがコントロールアーム７６Ｌの外端部に隣接され、はさみ刃４０Ｌの作動を制御する使用に適している。
【００２３】
右および左コントローラ７２Ｒと７２Ｌはサーボ機構内に包含され、該機構においてコントロールアーム７６Ｒと７６Ｌはマニプレータアーム３４Ｒと３４Ｌの位置を制御し、そしてセンサー手段７８Ｒと７８Ｌ上の圧力はエンドエフェクター４０Ｒと４０Ｌ、それぞれの開放および閉鎖を制御する。第１図において、右および左手コントローラインタフェース８０Ｒと８０Ｌそれぞれがコンピュータ４２へのコントローラの接続のために示される。遠隔位置における機械的運動の制御用のサーボ機構は公知であり、これはマニプレータからの力及びトルクフィードバックを手作動コントローラ手段へと提供するものである。どのような適したサーボ機構でも本発明の実施に使用でき、しかも力及びトルクフィードバックを組み合わせるものが本発明装置の遠隔立合（ｔｅｌｅｐｒｅｓｅｎｃｅ）操作に特に好ましい。
【００２４】
図示の装置において、右および左マイクロフォンが作業場所に備えられ、これらマイクからの出力が右および左増幅器により増幅されそしてオペレータのステーションにおける右および左スピーカに供給されて作業空間においてオペレータに立体音響を提供するステレオ音響出力を提供する。
【００２５】
第１図においてこのステレオ装置系の右チャンネルのみが示され、ここには右マイクロフォン８２Ｒ、右増幅器８６Ｒおよび右スピーカー８８Ｒが含まれる。ここに左マイクロフォンとスピーカは作業場所におけるそれぞれの右マイクロフォンとスピーカおよびオペレータの制御ステーションの真うしろに位置する（第１図）。当然のことに、イヤフォンがこれらスピーカの代わりにオペレータのために提供でき、これによりオペレータの制御ステーションにおける外部雑音を遮断するに役立てうる。更に第１図において、モニタにおける遮光板５４Ｂが示されオペレータによるモニタ面の直接観察を防止する。
【００２６】
ここに第４図を参照し、ここでは第１乃至３図に示した装置の簡素化した線図を示しそして種々の長さ及び角度位置が図番で示されている。第４図において、作業空間におけるカメラと点Ｆ間の光路長は図番Ｌにより示される。同作業空間のバーチャルイメージにおけるオペレータの眼と点Ｆ間の対応する光路長は距離ａ＋ｂにより示され、ここにａはオペレータの眼からミラー６６への距離でありそしてｂは該バーチャルイメージでの該ミラーから点Ｆ迄の距離である。ここに示される他の寸法はマニプレータの腕３４Ｒの枢軸点上のカメラの高さＧと、コントロールアーム７６Ｒの枢軸点上のオペレータの眼の対応する高さｇを更に含む。長さｄのコントロールアーム７６Ｒによりマニプレータアーム３４Ｒは長さＤに調整されている。同様に垂直に関し角度βA にあるコントロールアーム７６Ｒをもって、マニプレータ３４Ｒは垂直線から同一の角度に位置される。カメラが作業空間を見る垂直線からの角度および、オペレータの眼が作業空間のバーチャルイメージを見る垂直線からの角度はαで示される。作業位置の諸要素とオペレータステーション間には下記の関係が存在する：
ａ＋ｂ＝ｋＬ        （１）
ｄ＝ｋＤ            （２）
ｇ＝ｋＧ            （３）
ここにｋは縮尺ファクタ定数である。
ｋが１の場合はａ＋ｂ＝Ｌ、ｄ＝Ｄそしてｇ＝Ｇであり、作業場所の寸法の縮尺計算は必要でない。
【００２７】
ここにどのような縮尺ファクタも使用でき、本発明は非縮尺操作（ｆｕｌｌ−ｓｃａｌｅ  ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ）に限定されるものでない。例えば作業場所は小さくでき、例えば顕微鏡寸法をも包含し、この場合目的物、両眼間の距離および焦点に関する光学パラメータおよび機械的かつ寸法パラメータが適切に適用される。適切な縮尺（ｓｃａｌｉｎｇ）およびイメージ倍率（ｉｍａｇｅ  ｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ）、力およびトルクフィードバックを使用することによりまた手作動制御手段７６Ｒと７６Ｌに隣接して作業空間３０のイメージ３０Ｖを位置させることにより、オペレータはエンドエフェクタ４０Ｒと４０Ｌを直接制御する強い感覚を持ちうる。オペレータはエンドエフェクタ４０Ｒと４０Ｌとそれぞれのコントロールアーム７６Ｒと７６Ｌが実質的に一体であるという感覚を受ける。この手作動制御手段とエンドエフェクタの一体化の同一の感覚は、オペレータにより観視されたイメージが手作動制御手段に近接して位置されない公知技術の構成では実感されない。公知技術が立体像観察および、力およびトルクフィードバックを包含する場合といえども、作業対象とする観察像対象物からの断絶感が存在する。本発明はオペレータの手がエンドエフェクタの直接制御を行うとも思える作業空間像を設置することによりこの断絶感を克服する。
【００２８】
小規模の操作例えば外科手術的適用に必要な操作に対しては、ミニアチュア観察者（ｍｉｎｉａｔｕｒｅ  ｏｂｓｅｒｖｅｒ）が実際の作業場所にいる場合に該観察者が持つであろう観察経験を模写することが望ましい。第５図において仮想的ミニアチュア観察者のバーチャルアイ９０が実際の作業空間を観察している状態を示している。この実際の作業空間内の一点、Ｘ，Ｙ，Ｚにおける光源からの光はＸ′／Ｍで表した点においてミニアチュア観察者の眼９０上に或る刺激を与える。第６図において実際のオペレータの眼９２は、この実際の作業空間を観察するに使用されたビデオカメラ９４により生成された拡大したバーチャルイメージを観察して示される。ここに図示のカメラは受光レンズ９６およびＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｌｅｄ−ｄｅｖｉｃｅ）アレー９８のような固体イメージング装置を含み、このアレーではＸ，Ｙ，Ｚにおける点状光源がＸi ，Ｙi ，Ｚi で示される。
【００２９】
正確な尺度において、対応する光源は、観察デスプレーの面の実際のまたは見掛け位置の何れかでＭＸi ，ＭＹi ，ＭＺi において生成されるが本装置系の立体画像操作により該オペレータには実際の作業空間における点Ｘ，Ｙ，Ｚに対応する点ＭＸ，ＭＹ，ＭＺから発生しているように思われる。実際の眼９２の網膜において、ある刺激が、仮想的観察者の眼９０における点Ｘ′／Ｍと比例的に同一位置で点Ｘ′に生成される。この関係は正確に寸法合わせしたカメラ距離およびレンズ焦点長さを、光学的倍率ＭO ＝Ｍ／ＭV （ここにＭは望んだ全体倍率そしてＭV はビデオ倍率である）となるように選択することにより保証される。典型的ビデオ倍率ＭV は約４０であり、該倍率はＣＣＤアレー９８の巾とディスプレー巾との比に等しい。
【００３０】
ここに第７図乃至第９図により医療方面に利用する本発明の態様を示す。ここに右および左マニプレータ１００Ｒと１００Ｌが示され、これらは右および左コントローラ１０２Ｒと１０２Ｌそれぞれにより制御されて示される。イメージング装置系の各要素は、実際の作業空間１０４の拡大バーチャルイメージ１０４Ｖがオペレータにより観察のため提供されることを除いては、上記第１乃至第３図に示したイメージング系に使用した要素と実質的に同一である。更に右および左コントローラ１０２Ｒと１０２Ｌをそれぞれのマニプレータ１００Ｒと１００Ｌに接続するためのサーボ機構要素もまた第１乃至第３図に関して記載したものと実質的に同一である。ここに図示の装置において、右および左マニプレータは右および左コントローラと実質的に同一構造であり、即ちあるマニプレータおよびあるコントローラの記述は両者に等しく適用できる。更に接尾語ＲとＬは右と左の多要素間を区別するために使用される。
【００３１】
これらマニプレータは外部制御セクション１００ＲＡと１００ＬＡおよび挿入セクション１００ＲＢと１００ＬＢを包含し、ここに挿入セクションは円筒チューブまたはカニユーレを介して体腔内に挿入するに適した部分である。説明のため、マニプレータが患者の腹壁１０６を通して挿入して示される。広く理解されるように腹腔鏡外科手術のため、腹壁１０６は吹込み法により内臓から分離され、この吹込み法はガスを図示していないが適当な手段により腹部に導入する方法である。マニプレータ・モータおよびそれと組み合わされたモータ制御図路はマニプレータの外部制御セクション１００ＲＡと１００ＬＡ内に入れられ挿入セクションの制御を行う。マニプレータは腹腔内の臓器を観察するための腹腔鏡１０８と共に患者が保持されている手術台の一部を形成する固定レールにより担持されている。
【００３２】
マニプレータのインサーションセクション１００ＲＢ及び１００ＬＢは、図１〜３の態様に関して上述したマニプレータアーム３４Ｒ及び３４Ｌと実質的に同じ構成のものでよい。該インサーションセクションは、体の内部で使用するため比較的小さい大きさを有する。インサーションセクション１００ＲＢは入れ子式の内方セクション１１２Ｒ１及び外方セクション１１２Ｒ２を含み、しかして該外方セクションは内方セクション１１２Ｒ１に対して出入りする軸線方向の移動並びにその長手軸線の回りの回転の両方に適合されている。エンドエフェクター１１４Ｒ及び１１４Ｌは、器官１１６の操作のためにそれぞれ右及び左のセクション１１２Ｒ２及び１１２Ｌ２の外方端において担持されている。内方セクション１１２Ｒ１は、当該インサーションセクションが壁１０６を横切る点Ｐに実質的に位置する交差垂直軸線の回りの旋回運動に適合されている。エンドエフェクター１１４Ｒ及び１１４Ｌの操作を除いて、各マニプレータアームは、図１〜３に示された態様と同じく４の自由度が与えられている。エンドエフェクター１１４Ｒ及び１１４Ｌは単に、本質的には、例えばケン引器、電気外科用カッター及びコアギュレータ、顕微ピンセット、顕微針、ホールダー、解剖用ハサミ、刃、かん腸器及び縫合糸を含めてハンドルが除去された顕微外科用器具からなっていてもよい。
【００３３】
ワークスペース１０４を観るためのラパロスコープ１０８は、外方の操作セクション１０８Ａ及びインサーションセクション１０８Ｂからなるものが示されている。インサーションセクション１０８Ｂの外方エンドセクション１２０はその内方エンド１２２内で軸線方向にかつ回転可能的移動でき、かつワークスペース１０４を立体的に観るための一対の画像トランスミッションウインドウ１２４、１２４が設けられている。該ラパロスコープにはまた、該ワークスペースを照明するための照明手段（図示せず）並びに液体が該ウインドウを通過して流れるための液体用入口及び出口手段（図示せず）が設けられている。セクション１０８Ａ内のビデオカメラ手段は、画像メモリ５０への連結用のアウトプットライン４８Ｒ及び４８Ｌにおいて左及び右の電子画像の発生のためビューイングウインドウを通って受け取られる光に応答する。拡大三次元画像１０４Ｉが、ミラー６６を経てオペレータが着ける干渉偏波メガネ６０によって観られるようにするためディスプレー手段５４において作られる。図１−３に示されている態様と同様に、ワークスペース１０４が、コントローラ１０２Ｒ及び１０２Ｌのコントローラアーム１３０Ｒ及び１３０Ｌに隣接して作られる。コントローラアーム１３０Ｒ及び１３０Ｌは、上述した図１−３の態様において含まれているコントローラアーム７６Ｒ及び７６Ｌと同じタイプのものである。それらは、入れ子式の内方及び外方セクション１３２Ｒ１及び１３２Ｒ並びに１３２Ｌ１及び１３２Ｌ２を含む。コントロールアームの外方エンドに隣接して位置するセンサー手段１３４Ｒ及び１３４Ｌは、図１−３を参照して上述したやり方でそれぞれエンドエフェクター１１４Ｒ及び１１４Ｌの操作を制御する。ここで、画像がオペレータにより観られる垂直線からの角度は対象物が該カメラにより観られる垂直線からの角度に等しい必要はない、ということが留意されよう。図７−９に示された配置では、オペレータが垂直線から角度θにて画像１０４Ｖを観るように示されており、一方対象物１１６は直接下向きに観られるように示されている。外部参照がない場合、体内の垂直線の感覚は特に大きくなく、垂直線に対して観察者及びカメラが種々の角度で観る結果オペレータの精神に混乱は生じない。
【００３４】
図７−９の態様の場合、ワークスペースの拡大虚像１０４Ｖがオペレータにより観られるために与えられるのみならず、マニプレータのインサーションセクション１００ＲＢ及び１００ＬＢの長さより長い長さのコントローラアーム１３０Ｒ及び１３０Ｌが用いられる。入れ子式のコントロールアームの軸線方向の移動のサーボ機構スケーリングが与えられて、その軸線方向の延出又は引込みが入れ子式の該インサーションセクションのより小さい延出又は引込みをもたらすようにされる。スケーリングなしでは、コントロールアーム１３０Ｒ及び１３０Ｌの角旋回運動はインサーションセクション１００ＲＢ及び１００ＬＢの同じ角旋回運動を生じさせ、そして該コントロールアームのエンドセクション１３２Ｒ２及び１３２Ｌ２の回転運動は右及び左のマニプレータのインサーションセクションのエンドセクション１１２Ｒ２及び１１２Ｌ２の同じ回転運動を生じさせる。拡大画像に関する本発明のこの態様は、顕微外科の分野特に大きさの制限のために外科医が手によって所与の領域に達し得ない場合特に有用である。
【００３５】
本発明は、いかなる特定数の自由度を有するマニプレータについての使用に限定されない。当該技術で周知の種々の自由度を有するマニプレータが本発明の実施に用いられ得る。ここで図１０及び１１を参照すると、リストジョイントを設けて追加的な運動自由が与えられているコントローラ１４０及びマニプレータ１４２がそれぞれ示されている。図示されたコントローラ１４０は、テーブルミラー６６が置かれるテーブルトップ６８の底部に取り付けられたハウジング１４４を含む。現実のワークスペース１４６の拡大虚像１４６Ｖが、上述したやり方でミラー６６上を下向きで見るときオペレータにより観られ得るようにオペレータの手１４８に隣接して与えられる。
【００３６】
それぞれ内方及び外方セクション１５０Ｌ１及び１５０Ｌ２からなるコントロールアーム１５０Ｌが、双頭矢印１５２及び１５４を交差させることにより示されているようにいかなる旋回方向にも旋回運動するようにハウジング１４４内に設置される。外方セクション１５０Ｌ２は、双頭矢印１５６の方向において内方セクション１５０Ｌ１に対して出入りする軸線方向の移動に適合されている。それはまた、双頭矢印１５８の方向においてその長手軸線の回りの回転に適合されている。この態様では、コントロールアームは、双頭矢印１６４の方向の旋回運動のためにリストジョイント１６２により外方セクション１５０Ｌ２にピボット取り付けされている。エンドセクション１６０は軸線方向に整合した内方及び外方セクション１６０Ａ及び１６０Ｂからなり、しかしてその外方セクション１６０Ｂは双頭矢印１６６の方向においてその長手軸線の回りに回転可能である。上述した配置の場合のように、センサー手段１６８が、図１１に示されたマニプレータ１４２におけるエンドエフェクター１７０の操作のためにコントロールアームの自由端に隣接して設置されている。
【００３７】
図１１を参照すると、軸線方向に整合されたリンク１７２Ａ及び１７２Ｂからなるリスト１７２に取り付けられた一対の可動ジョーからなるエンドエフェクター１７０が示されている。外方リンク１７２Ｂは、矢印１６６の方向における手動コントロールユニットのセクション１６０Ｂの回転に応答して、双頭矢印１６６Ｍの方向において内方のリンク１７２Ａに対して長手軸線の回りにモーター手段（図示せず）により回転できる。リストリンク１７２Ａは、ピボット軸線１６２の回りの手動コントロール手段のエンドセクション１６０の旋回運動に応答して、双頭矢印１６４Ｍの方向において旋回運動するようにマニプレータの前アーム１７４にピボット取り付けされている。前アーム１７４は、双頭矢印１５６の方向におけるコントロールアーム１５０Ｌの外方セクション１５０Ｌ２の軸線方向の移動に応答して、双頭矢印１５６Ｍの方向において長手方向で軸線方向に移動できる。それはまた、双頭矢印１５８の方向におけるコントロールアーム１５０Ｌの外方セクション１５０Ｌ２の回転に応答して、双頭矢印１５８Ｍの方向において長手軸線の回りに回転できる。加えて、それは、それぞれ双頭矢印１５２及び１５４の方向におけるコントロールアーム１５０Ｌの旋回運動に応答して、双頭矢印１５２Ｍ及び１５４Ｍの方向において点１７６の回りで旋回的に運動できる。遠隔的な腹腔鏡検査法的外科のような生医学的用途のためには、ピボット点１７６は、実質的にマニプレータが延出する腹壁１７８のレベルに位置される。図１１において、マニプレータアーム１７４は、腹壁を貫通するカニューレ１８０を通って延出するマニプレータアーム１７４が示されている。
【００３８】
マニプレータの外部操作端は、その上に主体が支持されている手術テーブルの支持レール（図示せず）に、取付られるように設計される。それはグリッパー１７０の開閉用エンドエフェクタ駆動モータを含む。リスト駆動モータ１８４はリスト１７２の枢軸運動を二頭矢印１６４Ｍの方向に制御し、そして延長駆動モータ１８６はマニプレータアーム１７４の軸性の運動を二頭矢印１５６Ｍの方向に制御する。前アーム枢転制御モータ及びリンケージは、一般に参照番号１８８で表示されるが、アーム１７４の枢軸運動を矢印１５２Ｍ及び１５４Ｍの方向に枢軸点１７６のまわりに提供する。点１７６のまわりの枢軸運動はマニプレータの外部操作端の横運動と同時のアーム１７４の枢軸運動とによって与えられる。運動は共働されて、その結果前アームの回転の中心が腹部壁のレベルで点１７６に於て空中に固定される。
【００３９】
コントローラ１４０及びマニプレータ１４２は図７、８及び９に示されるようなシステムに含まれており、このシステムは操作者が右手で使用するための第２のコントローラ及びマニプレータを含み、そして手動コントローラによるマニプレータの遠隔操作のため、適切なタイプの関連するサーボ機構（図示せず）を含む。作業場に於けるビデオカメラ手段は、図９に示されるように、表示手段と共に、図７で示されるものがあるが、操作者に左手及び右手で操作する制御手段に隣接した位置で作業空間のイメージを与えるために採用される。リスト結合を有するマニプレータを使用することにより、追加の自由の度合がその増加した操作性及び有用性のために与えられる。但し、上述の如く、本発明はある一定の自由度を有するマニプレータに限定されるものでない。
【００４０】
さて図１２及び１３を参照すると、ここでは本発明の変形が示されており、これは作業空間（図示せず）の３−二次元イメージ２４０Ｉの直視を提供する。図１２及び１３では、操作者の作業台だけが示されており、これは左右のコントローラ２４２Ｒ及び２４２Ｌ、および上記コントローラ及びコントロールアームと同じタイプのものでもよい関連する左右手動手段２４４Ｒ及び２４４Ｌを含む。操作者の作業台は上記したタイプのものであってもよいマニプレータの遠隔操作用に設計される。作業空間の３−二次元イメージは視覚表示手段２４６と電気光学装置５８とを共用することにより表示手段及び操作者が着用する断面偏光（ｃｒｏｓｓ−ｐｏｌａｒｉｚｅｄ）眼鏡の面で与えられる。この表示手段に対して、作業空間を視る左右のビデオカメラからの左右のビデオ場が、すべて上記に詳述した態様で、交互に供給される。エンドエフェクター及び目的イメージ２４８及び２５０は、それぞれ、作業場でビデオカメラから見て作業空間内に示される。この表示手段２４６は操作者による直視のために左右手動手段２４４Ｒ及び２４４Ｌに隣接して位置される。この配置により、エンドエフェクター及び目的イメージは手動手段２４４Ｒ及び２４４Ｌと共に操作者により同時に可視である。手動手段は又可視なので、操作者はエンドエフェクター手段及び手動手段の間の接続視覚を与えられ、これによりそれらは実質的に一体のものとして現われる。
【００４１】
さて、図１４を参照すると、ここでは内視鏡の挿入部の遠方端部、又は先端、２６０が示されており、これは前述の「イントロダクション  トウ  ア  ニュープロジェクト  フォア  ナショナル  リサーチ  アンド  デベロプメント  プログラム（ラージ−スケイル  プロジェクト）イン  エフワイ  １９９１」（“Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｏ  ａ  Ｎｅｗ  Ｐｒｏｊｅｃｔ  ｆｏｒ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ａｎｄ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  Ｐｒｏｇｒａｍ  （Ｌａｒｇｅ−Ｓｃａｌｅ  Ｐｒｏｊｅｃｔ）ｉｎ  ＦＹ  １９９１”）と称する刊行物に示されていると実質的に同じタイプのもので、この内視鏡は本発明の実施に使用してもよい。内視鏡の挿入端は一対の間隔を置いて離れたのぞき窓２６２Ｒ及び２６２Ｌ、そして観察する作業空間を見て照明するための照明源を含む。窓で受領した光は目的レンズ手段（図示せず）によって焦点合わせされ、繊維−光（ｆｉｂｅｒ−ｏｐｔｉｃ）バンドルを通して該内視鏡の操作端に於ける（図示せず）カメラに移送される。カメラ出力は作業空間の３−二次元イメージに変換されるが、この二次元イメージは操作者の作業台に於て（図示せず）手動手段に隣接して位置されている。左右の操縦可能なカテーテル（ｃａｔｈｅｔｅｒｓ）２６８Ｒ及び２６８Ｌは内視鏡本体内の補助チャネルを通過する。このカテーテルは、図示されているように、遠方端部からの延長のために設計されている。エンドエフェクター２７０Ｒ及び２７０Ｌは慣用の内視鏡器具よりなってもよいカテーテルの端部に設けられている。力感知器（ｆｏｒｃｅ  ｓｅｎｓｏｒｓ）（図示せず）は、又内視鏡チャネルを通して挿入される。操縦可能なカテーテルは、カテーテルの曲げ及び本発明での使用に適したエンドエフェクターの操作を制御する制御ワイヤーを含むが、公知のものである。制御ワイヤーの操作のための制御モータは内視鏡の操作端に設けられており、これらのモータは、遠隔操作者の作業台からの操縦可能なカテーテル及び関連するエンドエフェクターの操作のために上記したタイプのサーボ機構に含まれる。他の実施態様としては、サーボ機構システムに於けるインターフェースするコンピュータは操作者の手の動きをエンドエフェクターの共働システム中に再マップし、そしてエンドエフェクターのイメージは上記した方法で手動コントローラに隣接して可視である。この実施態様では、操作者は内視鏡を通して両手を直接エンドエフェクター上にその制御のために置くために手をのばすという感覚を持つ。異ったタイプの内視鏡は本発明のこの実施態様で採用しても良い。但し、エンドエフェクター手段の制御に使用するためのひとつ又はそれ以上の補助チャネル、作業空間の視覚表示を与えるのに用いる適切な視覚手段を含む場合に限る。例えば、胃、結腸（ｃｏｌｏｎｓｃｏｐｉｃ）、及び同じタイプの、内視鏡が採用される。
【００４２】
以上本発明を特許法の要求に従って詳細に記載したが、種々の他の変化及び修正は当業者にとって自明であろう。例えば、上記の如く、本発明は触診のためのそして組織及び器具をマニプレートするための微妙な感覚を与える触覚のフィードバックの使用を含む。このフィードバックを与えるため、触覚センサーアレーが手動制御手段上の触覚センサー刺激アレーに結合しているエンドエフェクター上に含まれていてもよく、これが操作者の手の上に触覚感覚を再生する。テレオペレータ触覚感知のための種々の変換技術が知られているが、これは抵抗／伝導、半導体、圧電気容量性及び光電子のものを含む。異るタイプの手動制御手段及びマニプレータが採用されても良いが、例えば、ギンバル（ｇｉｍｂａｌｓ）、リンケージ（ｌｉｎｌｃａｇｅｓ）、プレー（ｐｕｌｌｅｙｓ）、ケーブル、駆動ベルト及びバンド、ギア、光学又は電磁気位置エンコーダ、及び角形及び線形モーターを含めて、非常に広範囲の公知の機構及び電子機械要素を使用する。オペレータに対する力フィードバック（ｆｏｒｃｅ  ｆｅｅｄｂａｃｋ）は手動制御手段との人体接触の使用を要求する。例示されたような手づかみタイプのハンド  コントローラと、制御ブレース（ｃｏｎｔｒｏｌ  ｂｒａｃｅ）タイプのハンド  コントローラの両方とも、オペレータに対する力フィードバックのために本発明で十分使用されるよう設計されている。制御ブレース  ハンド  コントローラは関節角を測定するためにオペレータの関節に取付けられたポジティブセンサを有する構造の使用を含む。力フィードバックはそれから各関節に適用することができる。同様に、個々の指の曲げを測定するために関節に取付けられた可変−抵抗又は繊維−光学フレックスセンサを有する光繊維手袋を使用して良い。この種の手袋は現実物体とのテレプリゼンス  インターアクション（ｔｅｌｅｐｒｅｓｅｎｃｅ  ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）を与えるために力フィードバックを具備している。採用される手作動制御手段のタイプに関係なく、ワークピースのイメージはそれに隣接して生成されオペレータにエンドエフェクター手段及び手作動制御手段は実質的に一体であるという感覚を与える。又、上記の如く、多くの異るタイプのサーボ機構がロボット及びテレオペレータシステム技術で良く知られており、本発明はあるひとつのタイプに限定されるものでない。オペレータへの力及びトルクフィードバック（ｆｏｒｃｅ  ａｎｄ  ｔｏｒｑｕｅ  ｆｅｅｄｂａｃｋ）を含むものが、好まれており、操作のテレプリゼンス（ｔｅｌｅｐｒｅｓｅｎｃｅ）感覚に寄与する。加えて、作業空間の立体鏡イメージを生成する多くの異った手段が公知である。例えば、二台のカメラを使用する代りに、単一のカメラが切り換え断面−偏光要素（ｓｗｉｔｃｈｅｄ  ｃｒｏｓｓ−ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ  ｅｌｅｍｅｎｔｓ）と共にイメージ受領通路で採用してもよい。この場合には、一対の間隔を置いて離れた立体鏡レンズが作業空間を異る角度から見てそしてその第１及び第２のイメージをカメラに与えるために使用される。図９の構成では、ここではラパロスコープ（腹腔鏡）が示されているが、他のタイプの内視鏡が作業空間を見るために使用されて良い。上述の如く、本発明はある一���の適用又は使用に限定されるものではない。バイオメディカル分野では、使用は、例えば、遠隔位置からの手術を含む、公開手術、及びマイクロサージェリー（ｍｉｃｒｏｓｅｒｇｅｒｙ）、及びラパロスコープ手術及び内視鏡手術のような最少限侵略手術（ｍｉｎｉｍｕｍ  ｉｎｖａｓｉｖｅ  ｓｕｒｇｅｒｙ）を含む。マイクロスコープのマニプレーションを含む実験室での使用も又意図されている。本発明の産業的使用は、例えば、有害物質の取扱、遠隔操作、マイクロアセンブリー（ｍｉｃｒｏａｓｓｅｍｂｌｙ）、及びその類似物を含む。本発明のテレオペレータシステムの軍事的及び海面下の使用は明白である。
【００４３】
上記したこと及び他のかかる変化及び修正が添付の請求項に定義された発明の精神及び範囲に該当すべきことが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】ワークサイトおよび遠隔制御オペレータのステーションの側面図を含む、本発明を具体化するテレオペレータ装置の線図である。
【図２】事実上図１の線２−２に沿ったオペレータのステーションの拡大背面図である。
【図３】事実上図１の線３−３に沿ったワークサイトの拡大背面図である。
【図４】図１に類似の、ワークサイトの素子とオペレータステーションの素子との寸法的関係を示す簡易側面図である。
【図５】ミニチュア仮想の眼による視覚認識を示す線図である。
【図６】像の拡大が用いられる時に、オペレータによる視覚認識を示す線図である。
【図７】図１の線図に類似するが、テレプレゼンス手術に用いられるテレオペレータシステムを示す線図である。
【図８】図７に示されるオペレータのステーションの背面図である。
【図９】図７に示されるワークサイトの背面図である。
【図１０】自由度を増した、オペレータのステーションおよびマニプレータの変型の部分側面図である。
【図１１】自由度を増した、オペレータのステーションおよびマニプレータの変型の部分側面図である。
【図１２】ディスプレー手段が、オペレータの直視用に配置される、オペレータのステーションの変型の側面図である。
【図１３】図１２に示されるオペレータのステーションの変型の側面図である。
【図１４】本発明と共に用いられる内視鏡の挿入部分の部分図である。
【符号の説明】
【００４５】
２２    ワークサイト
２４    マニプレータ
２６    目的物
３４    可動アーム
７２    手作動制御機構
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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