CN1110864A - 光学设备的支座 - Google Patents

Abstract

一种光学设备的支座，其由第1、第2平行连杆 组成的连杆保持机构的中部支承在架台的转动支点 上，在第1平行连杆横向延长形成的支承臂顶端保持 光学设备，在另一侧设平衡锤，通过使第2平行连杆 3在纵向的长度和在横向的长度能自由伸缩，形成使平衡锤W₄在连接支承臂9的顶端β₁和转动支点S的直线X上移动的结构。所以，只要使该平衡锤W₄沿直线X移动，既能方便且可靠地在相对手术显微镜重量的水平、垂直两个方向取得平衡。

Description

技术领域

本发明涉及在进行显微镜手术时，通过应用平行连杆的连杆保持机构保持沉重物即手术显微镜及其付属物，且用平衡锤平衡其重量，从而能使上述手术显微镜等停止在所需空间位置上的支座。

背景技术

在脑外科手术及心脏外科手术领域，有种边用作为“医疗用光学设备”的手术显微镜观察患部边进行手术的所谓显微镜手术。为了在这种显微镜手术中使用成为沉重物的手术显微镜及其附属设备，有人提出过各种能将手术显微镜及其附属设备保持于所需空中位置的支座方案（参照例如日本发明专利公开1981年第32110号公报）。这种支座一般是如下的平衡结构，即，应用平行连杆的连杆保持机构的中间部分转动自由（倾动自由）地支承在架台上，同时，在该连杆保持机构的一端保持手术显微镜，并在夹着转动支点与该手术显微镜相反的一侧的端部，设有抵消上述手术显微镜重量用的平衡锤。

该种平衡式支座的设置场所是根据所施行手术的内容在手术室内选定的最佳场所，然后进行平衡调整。即，手术进行之前，先由医生指定手术台周围的最佳位置，但因医生本身处在灭菌范围，所以，实际将支座移到该位置并定位的作业，由不参与手术的护士等辅助人员进行。因为手术显微镜上也安装着医生助手用的侧视镜及摄像机等的附属设备，所以，要按其重量改变平衡锤的位置，进行整体的平衡调整作业，以使手术显微镜和平衡锤达到平衡。

然而，使这种沉重物即平衡锤移动的作业，对身为女性的护士来说很困难，也危险。还有，因为调整平衡的作业也很费时间，所以对紧急手术等不利。

最重要的是，使用传统的支座时，手术显微镜和平衡锤的平衡调整因支座本身结构方面的原因而很难调整。具体是，要使手术显微镜及其附属设备在空中停止于所需空间位置，必须使手术显微镜在水平方向及垂直方向的两个方向完全取得平衡，但是传统的支座其结构很难按照随各种附属设备的有无而变化的手术显微镜侧的重量，方便地在水平、垂直两个方向进行可靠的平衡调整。

着眼于传统技术存在的问题，本发明的目的在于，提供一种能方便且可靠地进行对应于手术显微镜侧重量变化的平衡调整。

发明内容

本发明提供的光学设备的支座，其由互相连动的第1及第2平行连杆构成的连杆保持机构的中间部分支承在架台的转动支点上，上述第1平行连杆的一部分横向延长形成支承臂，同时在该支承臂的顶端保持医疗用光学设备和/或其附属设备，且使上述第2平行连杆的离转动支点最远处的连接点位于连接支承臂顶端与转动支点的直线上，并在该连接点设平衡锤，再使所述第2平行连杆在纵向的长度及横向的长度能自由伸缩，从而使所述平衡锤在所述直线上移动。

因为平衡锤在连接支承臂顶端和转动支点的直线上移动，所以即使因附属设备的有无而导致手术显微镜侧的重量发生变化，通过使平衡锤沿该直线移动，也能对上述手术显微镜侧的重量在水平、垂直两个方向方便且可靠地进行平衡调整。

此外，可以在上述连杆保持机构的局部设置检测连杆保持机构的不平衡的变位检测装置，根据来自该变位检测装置的信号用手使平衡锤移动。

再有，也可以设置用马达使平衡锤移动的驱动装置，根据来自上述变位检测装置的信号控制驱动装置，使平衡锤自动移动到与手术显微镜侧能取得平衡的位置。

附图概述：

图1为示出本发明的光学设备支座一实施例的整体侧视示意图。

图2为小齿轮和移动伞齿轮的立体图。

图3为示出万向节的图。

图4为第2平行连杆的在纵向的长度及在平衡锤保持臂的横向的长度处于缩短状态的支座的示意图。

图5为第2平行连杆在纵向的长度及在平衡锤保持臂的横向的长度处于伸长状态的支座的示意图。

图6为示出在垂直方向的变位状态的与图4相当的示意图。

图7为示出在水平方向的变位状态的与图4相当的示意图。

图8为示出在垂直、水平两方向的变位状态的与图4相当的示意图。

图9为变位检测装置的立体图。

图10为检测杆向一侧发生变位时的状态的侧视图。

图11为检测杆向另一侧发生变位时的状态的侧视图。

图12为示出电磁离合器的脱开状态的剖视图。

图13为示出电磁离合器的结合状态的剖视图。

本发明的最佳实施方式

以下参照附图说明本发明的最佳实施例。在以下的说明中，以图1中的A为前方B为后方进行说明。

本实施例中的支座的基本结构为，其由第1平行连杆2及第2平行连杆3等组成的连杆保持机构4的一部分（中间部分4a）支承在架台1的转动支点S上，在第1平行连杆2的一部延长而形成的支承臂9的顶端（连接点β₁）保持手术显微镜5等，且在位于直线X上的第2平行连杆3的连接点β₆处设有平衡锤W₄。

更详细地说，5是底座，在该底座5的下面设有带锁定机构的小滚轮6，利用该小滚轮6整个支座能在地面上移动。在该底座5之上安装有侧面形状大致呈 字形的架台1。该架台1能以垂直的转轴α₁为中心自由转动，同时可通过设于该转轴α₁的电磁离合器C₁使其转动停止、锁住。

在该架台1的上部前端侧所设的转动支点S上枢支着第1平行连杆2。该第1平行连杆2是由各为2根1组的平行的第1纵臂7a、7b和第1横臂8a、8b组合而形成的，该第1平行连杆2的前侧第1纵臂7a的中间部分4a如前所述，枢支在转动支点S上。此外，该转动支点S上设有电磁离合器C₂，能锁定前侧第1纵臂7a的转动位置（即第1平行连杆2的变位状态）。并且由该转动轴S枢支的前侧第1纵臂7a的上侧部分设置成向后方弯曲，形成了不易妨碍医生操作的结构。

在第1平行连杆2的上侧第1横臂8a上，成一体地设有将该上侧第1横臂8a照原样向前延长而形成的支承臂9，在支承臂9前端的连接点β₁上，可自由转动地安装有垂直的前端臂10。该支承臂9也设置成向上侧弯曲，形成不易妨碍医生头部的结构。

在该前端臂10的下方，以垂直轴α₂为中心可自由转动地设有使两个平行连杆连动的支承用平行连杆11。在该支承用平行连杆11的安装基部设有电磁离合器C₃。在该支承用平行连杆11的最下部，又通过另外的电磁离合器C₄，以轴α₃为中心可自由转动地设有手术显微镜（医疗用光学设备）W₁。由于该支承用平行连杆11整体呈弯曲状，所以便于医生进行手术显微镜W₁的操作。手术显微镜W₁的观察角度可通过改变支承用平行连杆11的形状来改变。又，该支承用平行连杆11的形状改变的状态可用电磁离合器C₅来锁定。此外，在该手术显微镜W₁上，作为“附属设备”，安装有医生助手用的侧视镜W₂，以及记录用的摄像机W₃，通过装上或取下这些“附属设备”，手术显微镜W₁侧的重量发生变化。

在成为支承臂始点的连接点β₃上，枢支着L字形的曲柄构件12，该曲柄构件12的后端12a通过副纵臂13与架台1的连接点β₄连接，而曲柄构件12的上端12b通过副横臂14连接到上述前端臂10的上端10a上。即，在成为支承臂9的始点的连接点β₃上，枢支具有与该连接点β₃位于同一水平线上的后端12a和与该连接点β₃位于同一垂直线上的上端12b的曲柄构件12，用与第1纵臂7a平行且长度与从第1纵臂7a的连接点β₃到转动支点S的长度相同的副纵臂13，将该曲柄构件12的后端12a和架台1的连接点β₄连接起来，并用与支承臂9平行且具有与支承臂9相同长度的副横臂14将曲柄构件12的上端12b和前端连杆10的上端10a相连接。

由于附加了如上所述的副纵臂13和副横臂14，以转动支点S→连接点β₃→后端12a→连接点β₄形成“平行连杆”，并以连接点β₃→连接点β₁→上端10a→上端12b形成了另一个“平行连杆”，因此，不管第1平行连杆2如何变形，曲柄构件12都不会转动，所以前端臂10始终维持垂直状态，其结果是，支承用平行连杆11的轴α₂也不倾倒，始终维持垂直状态。

在上述第1平行连杆2的下方设有与该第1平行连杆2连动地变形的第2平行连杆3。该第2平行连杆3由将上述第1平行连杆2的下侧第1横臂8b向后方延长而形成的上侧第2横臂17a、与该上侧第2横臂17a平行且长度相等的下侧第2横臂17b、将上述后侧第1纵臂7b向下方延长形成的前侧第2纵臂16a、以及与该纵臂16a平行且等长的后侧第2纵臂16b所形成。形成第2平行连杆3的各臂16a、16b、17a、17b，构成有部分内管分别可滑动自由地插入在外管内的伸缩结构，使设于外管侧的螺杆18与内管侧的内螺纹部19拧合，以此可使整体长度伸缩。

使上述各螺杆18转动的是马达M。该马达M的转动力传递给各螺杆18，使各臂16a、16b、17a、17b伸缩。首先，马达M在其前侧，通过两个正齿轮20，使下侧第2横臂17b的螺杆18转动，同时通过两个伞齿轮21使前侧第2纵臂16a内的螺杆18转动。另一方面，在马达M的后侧，设有向后延伸的花键轴22，通过卡合在该花键轴22上的移动伞齿轮23及另一个伞齿轮21，后侧第2纵臂16b内的螺杆18可转动。还有，在后侧第2纵臂16b内的螺杆18的基部设有由一对正齿轮20驱动而转动的花键轴22，通过卡合在该花键轴22上的移动伞齿轮23及另外的伞齿轮21，上侧第2横臂17a内的螺杆18被驱动而转动。在各螺杆18的基部，在相当于平行连杆3的各支点位置的部分，夹装有万向节24。因此，即使第2平行连杆3发生变形，马达M的转动力也能可靠地传递给螺杆18。另外，因为是通过花键轴22和移动伞齿轮23传递转动力，所以即使各臂16a、16b、17a、17b的长度发生变化，马达M的转动力也能可靠地传递。而且设定了正齿轮20相互之间、伞齿轮21相互之间、以及伞齿轮21与移动伞齿轮23之间的齿轮比，以便第2横臂17a、17b与第2纵臂16a、16b能在维持其原比率的状态下进行伸缩。因此，第2平行连杆3在维持相似形状的状态下变大或变小。又，该马达M由后述的控制部24控制，由该马达M和控制部24构成“驱动装置”。

此外，第2平行连杆3的、离转动支点S最远的连接点β₆，位于连接支承臂9前端的连接点β₁和转动支点S的直线X上，不管第2平行连杆3如何变形，该连接点β₆始终位于上述直线X上。并且，在该连接点β₆上安装有平衡锤W₄。

另外，在前侧第1纵臂7a和下侧横臂8b的连接点β₅的左侧（图1中前侧第1纵臂7a的里侧位置）设有检测杆25。在上述连接点β₅的右侧设有一般的电磁离合器C₆，上述检测杆25是通过从“伙伴侧构件”即下侧第1横杆8b起贯穿过前侧第1纵臂7a的连接轴26上所安装的另外的电磁离合器C₇安装的。即，在该连接轴26的顶端设有圆板状的凸缘26a，在电磁离合器C₇侧，设有将该凸缘26a夹住并固定的固定凸缘27和可动凸缘28。在可动凸缘28侧设有用磁力吸附该可动凸缘28的电磁线圈29，以及将可动凸缘28推向固定凸缘27侧的弹簧30。因此，通电时，电磁线圈29以大于弹簧30的力吸附可动凸缘，所以检测杆25相对连接轴26为脱离转动状态（参照图12），在非通电时，因电磁线圈29无吸引力，所以可动凸缘28被推向固定凸缘27侧，连接轴26的凸缘26a被夹持在该固定凸缘27和可动凸缘28之间，检测杆25与连接轴26成一体地转动（参照图13）。

此外，在与该检测杆25对应的前侧第1纵臂7a上，突出设有金属制的轴31，该轴31的顶端由设于检测杆25的中间部分的弹性轴套32弹性支承。又，在前侧第1纵臂7a的与检测杆25的顶端对应的部分，设有光束f的照射部33。该照射部的内部有发光二极管34，该发光二极管34发出的光束f通过窄缝35照射到检测杆25的顶端。另外，在接受该光束f照射的检测杆25的顶端，设有由两个传感器36a、36b组成的双瓣式的光位置检测部36。因此，当检测杆25相对前侧第1纵臂7a保持笔直的中立位置时，通过窄缝35的光束f正好照射到两个传感器36a、36b的正中，因两者都以相同面积受光，故输出无差异。但是，当检测杆25向某一侧转动从中立位置发生位移时，位移侧相反侧的传感器的受光面积增加，两传感器36a、36b输出会产生差异，能检测出其变位置。该光位置检测部36与上述控制部24电气连接，该控制部24根据来自光位置检测部36的信号使马达M转动，使平衡锤W₄向使上述检测杆25移向中立位置的方向移动。由上述检测杆25、照射部33、光位置检测部36等组成“变位检测装置”。

以下说明如上所述的支座的动作顺序。首先，使整个支座移动到手术台周围医生指定的位置。再在手术显微镜W₁上固定侧视镜W₂和摄像机W₃。这时，平衡锤W₁的重量与包括侧视镜W₂和摄像机W₃在内的手术显微镜W₁侧的总重量（以下称为手术显微镜W_1-3）未必平衡。另外，卸下了平衡锤W₄和手术显微镜等W_1-3的连杆保持机构4本身，以转动支点S为中心已取好了平衡。

然后，使连杆保持机构4暂时成图1所示的基准状态，同时接通电磁离合器C₇，将检测杆25锁定在下侧第1横臂8b的连接轴26上。随后，若手术显微镜等W_1-3的重量与平衡锤W₄的重量不平衡，则前侧第1纵臂7a相对于“伙伴侧构件”邓下侧第1横臂8b必然会发生角度变化，所以，成一体地固定在下侧第1横臂8b的连接轴26上的检测杆25相对于前侧第1纵臂7a也会向转动方向发生位移。

检测杆25和前侧第1纵臂7a通过弹性轴套32形成弹性支承结构，所以允许检测杆25在该弹性轴套32的最大弹性变形范围内变位。这样，当检测杆25相对前侧第1纵臂7a发生变位时，则与变位一侧相反侧的传感器36a、36b接受来自照射部33的光束f照射的面积会增加，故根据光位置检测部36的输出差异可以知道检测杆25的变位方向，即，前侧第1纵臂7a相对于“伙伴侧构件”即下侧第1横臂8b，在连接点β₅处所发生的角度变化。

因此，控制部24接到来自该光位置检测部36的信号后，驱动马达M向校正上述检测杆25的变位的方向转动，使平衡锤W₄在沿直线X的方向上移动。即，当手术显微镜等W_1-3的重量小时，使平衡锤W₄向接近手术显微镜等W_1-3的方向移动（参照图4），反之，平衡锤W₄侧的重量大时，使平衡锤W₄向离开手术显微镜等W_1-3的方向移动（参照图5）。

如上所述，只要让平衡锤W₄沿直线X移动，就能与手术显微镜W₁侧的重量取得平衡，其理由如下。采用这种支座时，必须以转动支点S为中心，在水平方向和垂直方向两方面都取得平衡。现参照图1进行说明，手术显微镜W₁的重量和平衡锤W₄的重量，必须满足如下关系：

垂直方向的平衡：W_1-3×Z₂=W₄×Z₁

水平方向的平衡：W_1-3×L₂=W₄×L₁

在本发明中，因为连接点β₁、转动支点S和平衡锤W₄位于同一直线X上，且平衡锤W₄仅在该直线X上移动，所以，即使手术显微镜等W_1-3侧的重量发生变化，也只要使平衡锤W₄在沿直线X的方向移动，就能在垂直方向和水平方向的两方向取得平衡。

也就是说，因为手术显微镜等W_1-3相对转动支点S处于Z₂∶L₂的位置，所以，当手术显微镜等W_1-3发生重量变化时，与此相对应必须使平衡锤W₄也以其Z₂∶L₂的比率移动。但在本发明中，由于位置关系是以上直线X为中心，平衡锤W₄相对转动支点S的位置Z₁∶L₁与上述的Z₂∶L₂相等，所以，即使因附属设备的有无而导致手术显微镜等W_1-3重量发生变化，也只要使平衡锤W₄在沿上述直线X的方向移动即可取得平衡。

因此，当平衡锤W₄移动到该平衡点时，上述检测杆25的变位即被校正，恢复到中立位置，所以，光位置检测部36会检测出该状态，控制部24会使马达M停止驱动，平衡锤就停止于该点。这样，由于手术显微镜等W_1-3的重量和平衡锤W₄形成平衡状态，所以切断检测杆25的电磁离合器C₇后，可使前侧第1纵臂7a和下侧第1横臂8b的连接点β₅形成自由关节。这样，取得平衡后的支座，即使如图6所示使手术显微镜等W_1-3向水平方向移动，或者如图8所示使其向垂直方向和水平方向的合成方向移动，都能维持上述平衡，可将手术显微镜等W_1-3定位于所希望的空间位置。

此外，在本实施例中，通过设置曲柄构件12、副纵臂13、副横臂14、前端臂10等，即使使手术显微镜等W_1-3向水平方向及垂直方向移动，也能始终使保持手术显微镜等W_1-3的支承用平行连杆11维持垂直状态，所以就这一点而言，也是易于取得平衡的结构。

再有，以上是以在地面上设置架台1的地面设置式为例进行了说明，但也可以采用将架台1吊挂在手术室天花板上的天花板吊置式。

又，关于连杆保持机构4的变位检测方法，并不仅限于上述使用检测杆25的方法，也可以采用旋转编码器及其他手段。再有，变位检测点也不局限于连接点β₅。

还有，关于“附属设备”，也不局限于侧视镜W₂及摄像机W₂，也可以包括其他设备。

工业应用性

如上所述，本发明的光学设备的支座，通过改变第2平行连杆在纵向的长度和横向的长度，使平衡锤在一定的直线上移动，能够容易且可靠地与手术显微镜及其附属设备的重量在水平、垂直两方向上调整平衡，所以，非常适合应用于在手术室内，要求短时间内进行平衡调整的医疗用光学设备的保持。

Claims (6)

1、一种光学设备的支座，其特征在于，由互相连动的第1平行连杆和第2平行连杆组成的连杆保持机构的中间部分支承在架台的转动支点上，所述第1平行连杆的一部分横向延长而形成支承臂，同时在该支承臂的顶端保持医疗用光学设备和/或其附属设备，且使所述第2平行连杆的离转动支点最远处的连接点位于连结支承臂的顶端和转动支点的直线上，并在该连接点设平衡锤，再使所述第2平行连杆在纵向的长度和在横向的长度能自由伸缩，从而使所述平衡锤在所述直线上移动。

2、如权利要求1所述的光学设备的支座，其特征在于，由各一对互相平行的第1纵、横臂组合形成的所述第1平行连杆中的其中1个第1纵臂的中间部分支承在架台的转动支点上；

所述上侧第1横臂向一侧延长而形成支承臂，同时在该支承臂的顶端保持医疗用光学设备和/或其附属设备；

并且，由所述第1平行连杆的下侧第1横臂向另一侧延长而形成的可自由伸缩的上侧第2横臂及与其平行的可自由伸缩的下侧第2横臂，以及，所述另1个第1纵臂向下方延长而形成的一个可自由伸缩的第2纵臂及与其平行的另一个可自由伸缩的第2纵臂，形成所述第2平行连杆。

3、如权利要求1或2所述的光学设备的支座，其特征在于，在前端臂的下端设置具有垂直纵臂的支承用平行连杆，在该支承用平行连杆的最下部横臂上支承着医疗用光学设备和/或其附属设备。

4、如权利要求1-3中任一项所述的光学设备的支座，其特征在于，在第1或第2纵臂与枢支其上的伙伴侧构件之间的连接点处，设有变位检测装置，该装置包括：通过电磁离合器可自由锁定、脱离地枢支在所述伙伴侧构件上的检测杆，在所述检测杆与第1或第2纵臂之间起连接作用且单侧由弹性轴套弹性支承的轴，设于所述检测杆与第1或第2纵臂之中任一方的光束照射部，以及设于另一方的光位置检测部，并根据来自所述光检测部的信号，对锁定在伙伴侧构件上的检测杆相对第1或第2纵臂的转动变位量进行检测。

5、如权利要求1-4中任一项4所述的光学设备的支座，其特征在于，还设有驱动装置，该驱动装置包括：为使平衡锤在直线上移动而使第2平行连杆的四条边分别伸缩的马达，以及，为使平衡锤向检测杆恢复到中立位置的方向移动而根据来自光位置检测器的输出来控制所述马达的控制部。

6、如权利要求1-5中任一项所述的光学设备的支座，其特征在于，在成为所述支承臂始点的连接点上枢支着曲柄构件，该曲柄构件具有与该连接点位于相同水平线上的后端和与该连接点位于相同垂直线上的上端，并在支承臂的顶端设置保持医疗用光学设备和/或其附属设备的前端连杆，用与第1平行连杆中的一个第1纵臂平行且长度与从所述第1纵臂的连接点到转动支点的长度相同的副纵臂将所述曲柄构件的后端和架台的一部分相连接，并且，用与支承臂平行且长度与支承臂相同的副横臂将曲柄构件的上端和前端连杆的上端相连接。

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