JP2005323876A - 画像観察装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、撮像手段移動後の画像表示手段の容易な配置変更を可能とし、術者の自由な位置と姿勢での術部の拡大観察を可能にする画像観察装置を提供する。
【解決手段】術部の像を撮像する撮像部３と、この撮像部によって撮像された像を表示する画像表示部１と、この画像表示部を支持する支持アーム５と、撮像部を支持する保持アーム４と、撮像部に対し画像表示部が干渉しないように支持アームを移動し、かつ位置決めする移動制御装置１１２とを具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、たとえば脳神経外科、眼科、整形外科等で使用され、術部の拡大観察画像を表示する画像表示手段を手術の進行に対応した適切な位置に変更可能とする画像観察装置に関する。

たとえば、脳神経外科や眼科あるいは整形外科において、微細な術部を拡大した観察像に換える手術用顕微鏡が多用されている。この手術用顕微鏡は、一つの対物レンズに対して左右独立した結像レンズおよびプリズムを備えた対物光学系と、それぞれの対物光学系に対応する接眼レンズを備えた接眼光学系とから構成される。
術者が各々の接眼レンズを左右眼で観察することにより、第１、第２の対物光学系によって結像された術部像を第１、第２の接眼光学系で拡大するとともに立体観察を可能とする、いわゆる実体顕微鏡を構成している。

しかしながら、このような手術用顕微鏡では術者が接眼レンズを覗き込む動作を強いられるため、観察位置や観察姿勢の制限を受ける。そして、対物レンズと接眼レンズ間の距離が一定で鏡筒長さが固定されるので、必要な作業空間を確保するために作動距離を長くすると操作距離が長くなって術者は無理な姿勢をとることになり、術者に合わせて操作距離を決めると作動距離が短くなって鏡筒が手術の妨げになり易い。
上述の制限を緩和し、自由な位置および姿勢での観察を可能にするために、術部の画像を一旦、撮像素子（以下、ＣＣＤと呼ぶ）で電子画像化し、それをモニターなどの画像表示手段で表示する、いわゆる電子画像顕微鏡が開発されるに至った。具体的な先行技術がたとえば、［特許文献１］、［特許文献２］および［特許文献３］に開示されている。

［特許文献１］の手術用顕微鏡は、鏡体に１つの対物レンズと、変倍系、プリズム、ＣＣＤ等からなる左右一対の観察光路を備えている。鏡体上には一対のスライド板が取付けられ、各スライド板には画面を覆うように液晶円偏光板を備えた液晶モニター（以下、ＬＣＤと呼ぶ）が回転軸を介して回動自在に取付けられる。
観察者は、円偏光メガネをかけてＬＣＤを見ることにより左右画像が分離して見え、立体視が可能となる。しかも、ＬＣＤは鏡体に対して比較的自由に移動させることができるので、術者は比較的自由な姿勢での観察が可能となる、とある。

［特許文献２］の手術用顕微鏡は、アームに保持された対物光学系と、アームとは別の支持手段に支持された一対の接眼部を備え、対物光学系による手術部位の結像位置に受光面を有する一対の撮像手段を設け、表示手段に表示される像が観察できるように備えた前記接眼部を、対物光学系に対して３次元方向に移動可能に構成してなる。
したがって、接眼部を対物光学系に対して任意の方向へ移動させることができ、接眼部を移動しても表示手段の観察像を観察できる。術者の体格や手術部位の位置に拘わりなく、常に自由な位置と姿勢で術部の拡大３次元観察が可能になり、顕微鏡の配置位置も自由度が広がって、広い術作業空間が確保できる、とある。

［特許文献３］の立体観察装置は、光線反射手段であるフレネル凹面鏡と、画像投影手段と、画像表示手段と、画像投影光学系を一対ずつ備えている。各画像表示手段に表示された画像は、画像投影光学系を介してフレネル凹面鏡のレンズ作用により観察者の一方の眼に重なるように投影され、観察者は左右両眼にて対応する画像を観察できる。
そして、この立体観察装置においては、フレネル凹面鏡と画像投影手段の位置関係を一定に保ったまま、３次元的に自由な位置に配置可能なアームにフレネル凹面鏡を支持固定している。このことにより、術者のいかなる観察姿勢に対しても、撮像した術部の左右観察像を術者の左右各々の眼に独立して導くことが可能となる、とある。
特許第３２０９５４３号 特許第３０３２２１４号 特開２００３−２３３０３１号

しかしながら、［特許文献１］に示す技術では、鏡体にＣＣＤ、ＬＣＤ等を配置するために大きなスペースが必要となるばかりでなく、ＬＣＤを発光させるためのバックライト等を内蔵しなければならず、顕微鏡自体が大型化してしまう。その結果、術者が術部を処置する作業空間が犠牲になって、手術効率の低下を招く虞れがある。
［特許文献２］に示す技術では、図１で説明されるように対物鏡筒内に対物光学系やＣＣＤ等を収納し、接眼鏡筒内に接眼レンズやディスプレーを備え、これら対物系と接眼系を切り離した構成と、図４で説明されるように観察者がかぶる額帯に接眼鏡筒と受信機およびディスプレーを備え、別途備えられるテレビカメラで撮像した像を送信する構成が記載されている。

前者の構成では、先の［特許文献１］と比較して手術の処理作業空間が拡大されるが、術者の観察姿勢に応じて接眼レンズを保持するアームを配置し、さらに接眼レンズを覗き込む作業が必要である。その結果、術部の観察中は常に術者の顔を接眼レンズに対して固定しなければならず、観察に対する疲労軽減は達成できない。
後者の構成では、常に表示手段が術者の眼に追従するので無理な観察姿勢をとる必要はないが、術者は額帯である、いわゆるヘッドマウントディスプレーを頭にかぶらなければならない。このディスプレーは、ある程度の重量を有し術者に疲労感や苦痛等を及ぼすことになる。

また、実際の手術現場では、術者は術部を直接目視する直視観察と、顕微鏡による拡大観察を繰返して行うばかりでなく、助手や看護婦と連携を取り合いながら手術を進行させている。しかしながら上述のディスプレーをかぶると、術者の眼に入る画像は常に前述した拡大観察画像のみであり、直視観察に切換えることができないとともに、助手等との連携をとり難く、手術効率の低下を招いてしまう。
［特許文献３］の技術では、フレネル凹面鏡からなる画像表示パネルと、左右一対の画像投影機と、これらの位置関係を一定に保つ支持部材等の重量物をアームに支持する構成となっている。

手術中に観察部位を変えるには、はじめに撮像手段である鏡体を動かして、観察位置や傾斜方向を変える。このとき、鏡体と画像表示パネルの衝突を防止するために、画像表示パネルを安全な部位に退避してから鏡体を観察可能な位置に移動し、そのあとこの画像表示パネルを鏡体と衝突しない部位に配置し直さなければならず、手間がかかって面倒である。
そして、フレネル凹面鏡からなる画像表示パネルで良好な立体観察をなすには、画像表示パネルと術者の距離である観察距離を適正に設定する必要がある。つまり、画像表示パネルは鏡体に干渉せず、かつ術者から適正な距離だけ離れて配置する必要があり、このような設定を鏡体を動かす都度術者が行うのは困難であり、手術効率の低下を招く。

本発明は上記事情に着目してなされたものであり、その目的とするところは、撮像手段と画像表示手段が別体の術部の観察画像を表示する画像観察装置において、撮像手段移動後の画像表示手段の容易な配置変更を可能とし、強いては術者の自由な位置、姿勢での術部の拡大観察を可能にする画像観察装置を提供しようとするものである。

上述の目的を満足するため本発明の請求項１は、術部の像を撮像するための撮像手段と、この撮像手段によって撮像された像を表示するための画像表示手段と、この画像表示手段を支持するための第１の支持手段と、撮像手段を移動可能に支持するための第２の支持手段と、第１の支持手段を移動するために第１の支持手段に設けられた移動手段と、撮像手段から画像表示手段間の距離を検出する距離検出手段と、撮像手段の移動に応じて距離検出手段により検出される撮像手段の前記画像表示手段に対する距離の変化に基づいて画像表示手段または第１の支持手段と撮像手段との物理的な干渉を防止するように移動手段の移動を制御する移動制御手段とを備えたことを特徴とする。

本発明の請求項２は、術部の像を撮像するための撮像手段と、撮像手段によって撮像された像を表示するための画像表示手段と、記画像表示手段を支持するための第１の支持手段と、撮像手段を移動可能に支持するための第２の支持手段と、記第１の支持手段を移動するために第１の支持手段に設けられた移動手段と、撮像手段から画像表示手段間の距離を検出する距離検出手段と、撮像手段の移動に応じて距離検出手段により検出される撮像手段の画像表示手段に対する距離の変化に基づいて画像表示手段または第１の支持手段と第２の支持手段との物理的な干渉を防止するように移動手段の移動を制御する移動制御手段とを備えたことを特徴とする。

本発明の請求項３は、術者から画像表示手段までの距離を検出する第２の距離検出手段を備え、移動制御手段は距離検出手段および第２の距離検出手段からの情報に基づいて移動手段の移動を制御することを特徴とする。
したがって、撮像手段の位置や傾斜変更の際に、画像表示手段を術者が配置変更しなくても、撮像手段と画像表示手段は干渉せず、加えて、術者と画像表示手段も適正な距離（観察距離）に保たれる。

本発明によれば、術中に撮像手段の観察方向を変更する場合でも、撮像手段と画像表示手段との干渉防止に注意する必要もなく、また画像表示手段と術者の距離（観察距離）の調整も不要であるため素早く、瞬時に画像表示手段の観察方向を自在に変更でき、手術効率の向上につながる等の効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。
図１ないし図６は、本発明における第１の実施の形態を示していて、図１は画像観察装置のシステムを示す構成図、図２は図１のＸ−Ｘ線に沿う断面図、図３は画像表示部（画像表示手段）の詳細図、図４は撮像部（撮像手段）と画像生成回路の構成図、図５は画像表示部の原理説明図、図６は撮像部を動かす前後の画像表示部の作用図である。

はじめに、図１から画像観察装置のシステム全体の構成について説明するに、ここでは手術台Ｄ上に治療すべき術部Ｐがある患者が仰臥する状態を前提とする。
画像観察装置を構成する画像表示部１は、後述する表示パネル４０および左右一対のプロジェクター４３Ｌ、４３Ｒを備えていて、支持架台２において３次元的に自由な位置に配置固定される。撮像手段としての撮像部３は、後述する観察光学系から構成され、第２の支持手段としての保持アーム４によって術部Ｐの近傍に支持固定される。
画像表示手段としての前記画像表示部１は、支持架台２を構成する第１の支持手段としての支持アーム５と、接続部６を介して一体的に支持される。前記接続部６には電磁ブレーキが内蔵されていて、図示しない入力スイッチおよび制御回路により、支持アーム５の中心軸Ｏa回りに画像表示部１に対する回動操作の解除もしくは固定を可能にする。

前記支持アーム５と平行に構成されるアーム７は、アーム８，９および、軸受１０，１１，１２，１３を介して前記支持アーム５と接続され、これら支持アーム５，７，８，９により、平行四辺形リンク１４が構成される。
前記軸受１２内には電磁ブレーキが内蔵され、図示しない入力スイッチおよび制御回路により、アーム８の中心軸Ｏb回りにアーム８の回転にともなう前記平行四辺形リンク１４の変形、すなわち前記支持アーム５の中心軸Ｏb回りの傾斜操作の解除もしくは固定を可能にする。

アーム１５は、一端が前記アーム９の終端に軸受１７を介して接続され、前記アーム７と平行である。アーム１６は、前記アーム７およびアーム１５に軸受１８，１９を介して取付けられ、アーム１７と平行をなしている。これらアーム７，１５，１６，１７により、平行四辺形リンク２０が構成される。
前記アーム７の終端にはカウンターウエイト２１が取付けられ、この重量は前記画像表示部１と、平行四辺形リンク１４および平行四辺形リンク２０の重量を中心軸Ｏc回りに操作すべく構成されている。すなわち、等価運動機構である平行四辺形リンク１４および平行四辺形リンク２０によって傾斜アームが構成されている。

アーム２２ａは、軸受２３を介して前記アーム１９と中心軸Ｏcが共通に取付けられている。前記軸受２３には電磁ブレーキが内蔵され、図示しない入力スイッチと制御回路によりアーム１９の中心軸Ｏc回りに画像表示部１と、平行四辺形リンク１４，２０および、カウンターウエイト２１の回動操作の解除もしくは固定を可能にする。
アーム２２ｂは、軸受２６〜２９を介して前記アーム２２ａと平行となるよう、アーム２４，２５と接続される。これらアーム２２ａ，２２ｂ，２４，２５によって平行四辺形リンク３０が構成される。前記軸受２８にも電磁ブレーキが内蔵されていて、平行四辺形リンク３０の変形である、前記画像表示部１の中心軸Ｏc回りに平行移動操作の解除もしくは固定を可能とする。

軸受３１は、前記アーム２５の略中間に設けられていて、支柱３２に対して中心軸Ｏd回りに回動可能に支持される。この軸受３１には電磁ブレーキが内蔵されていて、図示しない入力スイッチおよび制御回路によって前記平行四辺形リンク３０の中心軸Ｏd回りの回動操作を解除もしくは固定する。カウンターウエイト３３は、中心軸Ｏd回りの重量物の重量を相殺すべく前記アーム２２ｂの終端に設けられる。
前記支柱３２は、軸受３４を介して架台ベース３５に中心軸Ｏe回りに回動可能に取付けられている。この軸受３４には電磁ブレーキが内蔵されていて、図示しない入力スイッチおよび制御回路によってシステム全体の中心軸Ｏe回りの回動操作を解除もしくは固定する。

なお、位置検出カメラアレイ１１３と、撮像手段に設けられたマーカ１１４と、画像表示手段に設けられたマーカ１１５とで、距離検出手段を構成している。また、位置検出カメラアレイ１１３と、画像表示手段に設けられたマーカ１１５と、術者Ｄに設けられたマーカ１１６とで、第２の距離検出手段を構成している。
そして、位置検出カメラアレイ１１３と、撮像手段に設けられたマーカ１１４と、画像表示手段に設けられたマーカ１１５および術者Ｄに設けられたマーカ１１６などともに移動制御手段としての移動制御装置１１２が構成され、後述する移動手段としての軸受３１の移動制御をなす。

つぎに、図１におけるＸ−Ｘ線に沿う移動手段としての軸受３１の断面構成を、図２にもとづいて説明する。
この軸受３１は、アーム２５に固定される関節１０１と、支柱３２に固定される関節１０２とから構成される。前記関節１０１は、フランジ部１０１ａとギア部１０１ｂを備えていて、前記フランジ部１０１ａには金属板１０３が取付けられる。前記関節１０２内には、無励磁型の電磁ブレーキ１０４，１０５が固定されていて、これらブレーキ１０４，１０５は非通電時に磁力を有して金属を吸着する。
前記関節１０２内には、モータ座１０６が中心軸Ｏd回りに支持されていて、このモータ座１０６の電磁ブレーキ１０５側に金属板１０７が取付けられる。さらに、関節１０２内には、モータ座１０６の関節１０２に対する相対角を検出するエンコーダ１０８が設けられている。前記モータ座１０６にはエンコーダ１０９付の駆動手段としてのモータ１１０が固定されていて、モータ１１０の回転軸に設けられるギア１１１は前記フランジ部１０１ａのギア部１０１ｂと噛合している。

前記電磁ブレーキ１０４，１０５は、図示しない入力スイッチがＯＮしたときは、共に吸着力が失われて解除状態となる。また、前記移動制御装置１１２によりモータ１１０が駆動制御されると、電磁ブレーキ１０４のみが解除状態となり、それ以外の電磁ブレーキ１０５はロック状態となる。
つぎに、図３にもとづいて前記画像表示部１の構成について詳述する。
後述する表示パネル４０はアーム４１に取付けられており、該アーム４１は前記軸受６を介してアーム５に接続される。画像を投影する手段である左右一対のプロジェクター４３Ｒ，４３Ｌは、それぞれの出射光軸ＰＬ，ＰＲが表示パネル４０上の中心軸Ｏcと交わる点Ｓ上で一致すべく、所定角度αを持つようアーム４２を介して前記アーム４１に取付けられている。ＥＲおよびＥＬは観察術者Ｄの左右一対の眼を示しており、前記表示パネル４０上に投影される光軸ＰＬ，ＰＲが、それぞれ視線ＷＲ，ＷＬとして、術者Ｄの眼ＥＲ，ＥＬまで導かれるようになっている。

つぎに、図４にもとづいて撮像部３の構成について詳述する。
ハウジング４５は、前記アーム４に一体的に取付られている。このハウジング４５に備えた対物レンズ４６と、左右一対の変倍光学系４７Ｌ，４７Ｒは、図示しない入力手段によって術者Ｄが所望する倍率に変更可能となっている。そして、一対の結像レンズ４８Ｌ，４８Ｒの結像点上にＣＣＤ４９Ｌ，４９Ｒが配置固定され、これら対物レンズ４６、変倍光学系４７Ｒ，４７Ｌ、結像レンズ４８Ｌ，４８ＲおよびＣＣＤ４９Ｌ，４９Ｒによって撮像光学系が構成される。
また、画像生成回路５０Ｌは前記ＣＣＤ４９Ｌと電気的に接続され、これらで出力されるＬ画像出力信号が前記プロジェクター４３Ｒに入力されるようになっている。同様に、画像生成回路５０Ｒは前記ＣＣＤ４９Ｒと電気的に接続され、これらで出力されるＲ画像出力信号が前記プロジェクター４３Ｌに入力されるようになっている。

つぎに、図５にもとづいて画像表示部１の光学系原理について説明する。
平面視で示す、観察者Ｄの右眼ＥＲと、光線反射手段（ここではフレネル凹面鏡表示パネル）７０と、観察者Ｄの右眼ＥＲに対応する投影光学系５６Ｌからなる画像投影手段４３Ｌと、画像表示手段５５Ｌと、画像表示手段５５Ｌに表示した画像５７Ｒと、画像投影手段４３Ｌにより光線反射手段７０上に投影された画像５８Ｒと、画像投影手段４３Ｌの射出瞳５９Ｒと、光線反射手段７０に形成されるミラーコーティング６０と、画像投影手段４３Ｌに対面する側から見て正パワーのフレネル凹面鏡６１と、このフレネル凹面鏡６１により投影された画像投影手段４３Ｌの射出瞳６２Ｒを示す。なお、同図では観察者の左眼に対応する画像投影手段は省略する。

画像表示手段５５Ｌによって表示された画像５７Ｒは投影光学系５６Ｌを備えた画像投影手段４３Ｌにより投影され、光線反射手段７０上に投影される。光線反射手段７０を構成するフレネル凹面鏡は、レンズ作用により画像投影手段４３Ｌの射出瞳５９Ｒを観察者Ｄの右眼ＥＲに重なるように投影する。
つまり、光線反射手段であるフレネル凹面鏡７０は画像投影手段４３Ｌから受けた光を反射し、観察者Ｄの右眼ＥＲ付近のみに集光させている。よって、観察者Ｄは右眼ＥＲにて、観察者Ｄの右眼ＥＲに対応する画像投影手段４３Ｌから投影された画像を観察することができる。同様に、図示しない左眼でも、同じ図示しない観察者の左眼に対応する画像投影光学系により投影された画像を観察することができる。

また、右眼は左眼が観察できる画像を観察することができないし、左眼は右眼が観察できる画像を観察することができない。よって、左右の眼でそれぞれ視差を有する異なる画像を観察することにより、立体観察を行える。なお、術者が良好で観察できる観察距離はＬ１となっている。
再び図１に示すように、移動制御装置１１２はカメラアレイ１１３が検出するマーカ１１４〜１１６の位置情報を基に、これらのマーカ１１４〜１１６相互の位置関係を所定の値に保つよう、図２に示すモータ１１０を駆動させ、図３に示す表示パネル４０を移動させる作用をなす。

具体的には、マーカ１１４に対するマーカ１１５の位置、すなわち撮像部３から表示パネル４０までの間を所定距離Ｌ２よりも長く離間させるとともに、マーカ１１４に対するマーカ１１６の位置、すなわち術者Ｄの眼から表示パネル４０までの間を所定距離Ｌ１近傍に保つよう、前記モータ１１０を駆動制御する。
また、図示しない入力スイッチをＯＮして表示パネル４０を移動させる場合で、マーカ１１４に対してマーカ１１５が所定距離より短くなるとロックをかけ、表示パネル４０の移動を禁止するようになっている。

つぎに、上述の構成をなす画像観察装置の作用について説明する。
術者Ｄは、保持アーム４を操作し術部Ｐに対して撮像部３を位置決めする。移動制御装置１１２は、カメラアレイ１１３が検出するマーカ１１４，１１５，１１６の位置情報をもとに、マーカ１１４に対してマーカ１１５までの距離（すなわち、撮像部３から表示パネル４０までの間）を所定距離Ｌ２以上離すとともに、マーカ１１４に対してマーカ１１６までの距離（術者Ｄの眼から表示パネル４０までの間）を所定距離Ｌ１に保つように、モータ１１０を駆動制御する。
このとき、電磁ブレーキ１０３と金属板１０４の吸着のみが解除されているので、支柱３２に対しアーム２５が回動され、同様に他のアームも回動されることで、図１に示す状態に自動的にセットされる。

術部Ｐから発した光は、撮像部３の対物レンズ４６と、変倍光学系４７Ｌ，４７Ｒを介して結像レンズ４８Ｌ，４８Ｒに導かれる。そして、術者が所望する倍率でＣＣＤ４９Ｌ，４９Ｒ上に結像され、画像生成回路５０Ｌ，５０Ｒによってそれぞれ左右一対の観察画像が生成される。
生成された左右一対の観察画像のうち、右観察画像５７Ｒは左側プロジェクター４３Ｌ内の画像表示素子５５Ｌ上に表示され、さらに画像投影手段４９Ｌによって表示パネル４０面上に右眼用表示画像５８Ｒとして投影され、表示パネル（フレネル凹面鏡）４０のミラーコーティング６０によって術者Ｄに向かって反射される。

表示パネル４０を構成するフレネル凹面鏡は、そのレンズ作用により投影光学系５６Ｌの射出瞳５９Ｒを該フレネル凹面鏡４０の射出瞳６２Ｒである、術者Ｄの右眼ＥＲに重なるように投影する。つまり、画像表示素子５５Ｌによって表示されたＣＣＤ４９Ｒと画像生成回路５０Ｒによって生成される術部Ｐの右観察画像５７Ｒは、術者Ｄの右眼ＥＲにのみ観察画像として導かれる。
同様に、前記ＣＣＤ４９Ｌと画像生成回路５０Ｌによって生成される術部Ｐの左観察画像５７Ｌは、画像表示素子５５Ｒによって表示されてプロジェクター４３Ｒによって表示パネル４０に投影された後、術者Ｄの左眼ＥＬにのみ観察画像として導かれる。術者は、これら左右視差を持った画像を左右眼独立して観察することにより、術部Ｐの立体観察を行なう。

なお、術部Ｐの観察姿勢を変更する場合には、術者Ｄは撮像部３を持って観察姿勢を変更する。たとえば、図６（Ａ）の状態から図６（Ｂ）に示すように、撮像部３の術部Ｐに対する姿勢を変更しようとすると、そのままの状態では撮像部３は表示パネル４０に接近し、かつ干渉してしまう。
しかしながら、本発明では撮像部３の移動にともない移動制御装置１１２が作用して各軸受に設けられたモータが駆動される。撮像部３から表示パネル４０までの距離がＬ２以上離間されて、術者Ｄの眼から表示パネル４０までの距離がＬ１近傍を保持するよう表示パネル４０が移動制御されるので、撮像部３が表示パネル４０に干渉することは無い。

表示パネル４０の位置を微調整したい場合は、図示しない入力スイッチを操作して支持架台２の各軸受、６，１２，２３，２８，３１に設けられる電磁ブレーキの作用を解除する。これらの電磁ブレーキが解除されると、図２に示すように軸受３２内の金属板１０３と電磁ブレーキ１０４間の吸着および、金属板１０５と電磁ブレーキ１０７間の吸着が解消される。
したがって、支柱３２に固定された関節１０２内でモータ座１０６が自由に回転でき、モータ１１０を介して連結している関節１０１も関節１０２に対して中心軸Ｏd回りに回動可能となり、アーム２５も回動可能となる。他の軸受部も同様であり、これによりアーム２５に固定された表示パネル４０を移動でき、所望の位置に変更可能である。このとき、表示パネル４０を含む重量物はカウンターウエイト２１，３３によって各回転軸回りに対して相殺され、術者は無重力感覚で表示パネル４０の位置を変更することができる。

また、電磁ブレーキを解除している際に、術者Ｄが誤って表示パネル４０を撮像部３に対し距離Ｌ２よりも近くに接近させようとしても、移動制御装置１１２が各軸受に配置された電磁ブレーキをロック状態としてアーム２５の移動を禁止しているので、両者が干渉することはない。
電磁ブレーキのロック状態では、軸受３２内の金属板１０３に電磁ブレーキ１０４が吸着し、金属板１０５に電磁ブレーキ１０７が吸着することで、支柱３２に固定された関節１０２内でモータ座１０６が回転不能となり、アーム２５が移動不能となる。

なお、電磁ブレーキをロック状態に戻したときに、術者Ｄから表示パネル４０までの距離が適正な観察距離Ｌ１からずれていた場合は、適正な距離にまで自動で補正されるので、術者Ｄの希望の位置を反映しつつ、良好な観察が行える位置に表示パネル４０を簡単に配置できる。
このようにして、撮像部３と、画像表示部１の表示パネル４０と、術者Ｄの位置関係を検出し、表示パネル４０を予め定めた状態に自動的に配置するので、配置の手間が要らず、円滑な手術が行なえる。

なお、以上説明した実施の形態においては、画像表示部１として画像を投影するプロジェクター４３Ｒ，４３Ｌと表示パネル４０で構成したが、これに限定されるものではなく、公知の裸眼立体視モニターを用いてもよい。前記裸眼立体視モニターにおいても適正な観察距離が存在することは勿論であり、この適正観察位置に配置する制御を行なうことで、術者は最適な状態で観察を行える。
また、上述の実施の形態では距離検出手段を位置検出用カメラアレイ１１３やマーカ１１４ないし１１６で構成したが、これに限定されるものではなく、支持アーム５の関節部にエンコーダ等を設けて検出してもよい。撮像部３と画像表示部１との干渉に限らず、他の装置にもマーカを設けて、これらの干渉を検出して防止するようにしてもよい。

電磁ブレーキを手動で解除して動かす際に、所定の距離以下に近づくと強制的にロック状態として干渉を防止したが、これに限らず、ブザー等の警告音により干渉の危険があることを告知してもよい。ブザー等の警告音においても、接近距離に応じてブザー音の間隔を変えたり、音量を変えても良い。
つぎに、本発明における第２の実施の形態を、図７（Ａ）（Ｂ）にもとづいて説明する。
図７（Ａ）は、椅子１２０に座った術者Ｄを上方から見た図、図７（Ｂ）は椅子１２０に座った術者Ｄを側方から見た図である。

この実施の形態では、画像表示部１である表示パネル４０を支持する第１の支持手段として椅子１２０を構成するとともに、椅子１２０自体に術者Ｄの位置を検出する距離検出手段を設けたことを特徴としている。これ以外の構成は、先に説明した第１の実施の形態と全て同一である、同部品には同番号を付して新たな説明を省略する。
すなわち、椅子１２０は紙面の前後方向に沿って移動可能なスライダ１２１を備えていて、このスライダ１２１はアーム１２２を支持している。アーム１２２の端部には、上下方向に移動可能なスライダ１２３が設けられ、これはアーム１２４を支持している。アーム１２４の端部には、左右方向に移動可能なスライダ１２５が設けられ、アーム１２６を支持している。

前記アーム１２６の中途部には、中央部が高く形成されたアーム１２７が取付けられ、このアーム１２７端部に前記表示パネル４０が固定される。前記アーム１２７の頂部には、プロジェクター４３Ｌ，４３Ｒがそれぞれ取付け支持され、端部にはアーム１２８が支持される。
つぎに、距離検出手段を構成する発光部ＬＷ，ＬＤ，ＬＨおよび受光部ＬＷ’，ＬＤ’ＬＨ’について説明する。
発光部ＬＷはアーム１２４に設けられ、受光部ＬＷ’は発光部ＬＷと対向する向きでアーム１２６に設けられる。発光部ＬＤはアーム１２６に設けられ、受光部ＬＤ’は発光部ＬＤと対向する向きでアーム１２８に設けられている。発光部ＬＨはアーム１２７に設けられ、受光部ＬＨ’は対向する向きでアーム１２７に設けられている。

前記発光部ＬＷと受光部ＬＷ’との間と、発光部ＬＤと受光部ＬＤ’との間および、発光部ＬＨと受光部ＬＨ’の間に遮蔽物が存在しない状態でのみ、前記発光部ＬＷ，ＬＤ，ＬＨが発した光を受光部ＬＷ’，ＬＤ’，ＬＨ’が受けることができる。その一方で、発光部ＬＷ，ＬＤ，ＬＨと受光部ＬＷ’，ＬＤ’，ＬＨ’との間に遮蔽物が存在する場合は、当然、光を受けられなくなる。この受光部ＬＷ’，ＬＤ’，ＬＨ’の受光情報を利用して、術者Ｄの頭部位置を判別する距離検出手段を構成していて、この距離検出手段による距離検出結果は図示しない移動制御装置１１２に送られる。
また、前記スライダ１２１，１２３，１２５は内部に図示しない公知のモータやラック＆ピニオン等の駆動手段を備え、図示しない移動制御装置１１２からの信号を受けて移動する構成となっている。具体的には、距離検出手段の情報を基に術者Ｄの顔の位置を算出し、スライダ１２１，１２３，１２５を駆動して予め定めた条件に沿って術者Ｄと表示パネル４０の位置を所定の観察距離Ｌ１に保っている。

このような構成を備えたうえで、手術に際して術者Ｄが椅子１２０に座ると、術者Ｄによって発光部ＬＷから受光部ＬＷ’へ向かう光と、発光部ＬＤから受光部ＬＤ’へ向かう光および、発光部ＬＨから受光部ＬＨ’へ向かう光の一部が遮られる。これにより、受光部ＬＷ’においてはＬＷ１’とＬＷ５’のみが光を受けられる。同様に受光部ＬＤ’においてはＬＤ１’が光を受けられ、受光部ＬＨ’においてはＬＨ１’が光を受けられる。
これにより、受光部ＬＷ’によって術者Ｄの幅方向（図７（Ｂ）で紙面の前後方向）の頭部の中心位置Ｐ１が検出され、受光部ＬＤ’によって術者Ｄの前後方向（図７（Ｂ）で左右方向）の術者Ｄの頭部前側位置Ｐ２が検出され、受光部ＬＨ’によって術者Ｄの頭部上位置Ｐ３が検出される。

この情報を受けた移動制御装置１１２は、術者Ｄの眼の概略位置を算出し、撮像部３と表示パネル４０の干渉を先に説明した位置検出カメラアレイ１１３およびマーカ１１４ないし１１６によって避けつつ、術者Ｄの眼から表示パネル４０までの距離をＬ１にするように、前記スライダ１２１，１２３，１２５のいずれかの図示しないモータを駆動させて表示パネル４０を移動させる。
このような構成を採用すれば、先に説明した第１の実施の形態における効果に加えて、術者Ｄにマーカ１１６を身に付けなくても術者の位置が検出できるため、マーカーを身に付ける手間が省けて、より手術効率が向上する。

つぎに、本発明に係る第３の実施の形態を説明する。
図８（Ａ）（Ｂ）は、術部Ｐに対する撮像部３の姿勢変更と、それにともなう術者Ｄの観察姿勢の変更を説明する図である。
第３の実施の形態では、撮像部３の方向と画像表示部１を構成する表示パネル４０の方向が同方向を向くように表示パネル４０を動かし、かつ観察距離をＬ１に保つことに特徴がある。

すなわち、術部Ｐに対する観察姿勢を変更する場合には、術者Ｄは撮像部３を持って術部Ｐに対する撮像部３の観察姿勢を変更する。たとえば図８（Ａ）から図８（Ｂ）に示すように撮像部３の傾斜角が変わることで、移動制御装置１１２により各軸受に設けられたモータが駆動され、撮像部３と表示パネル４０が干渉しない距離分は保持されつつ同方向を向き、術者Ｄの眼から表示パネル４０までの間を所定距離Ｌ１近傍に保つよう表示パネル４０が移動される。
このような構成を提供できれば、撮像部３と画像表示部１の表示パネル４０の方向が同じ方向で表示されるので、撮像部３が術部Ｐをどの角度から観察しているかの位置関係の把握が非常に行い易くなる。

さらに本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない程度で種々変形実施できることは勿論である。
つぎに本出願の他の特徴的な技術事項を下記の通り付記する。
記
（付記項１）
術部の像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって撮像された像を表示する画像表示手段と、前記画像表示手段を支持する第１の支持手段と、前記撮像手段を支持する第２の支持手段とを備えた画像観察装置において、
前記撮像手段に対し前記画像表示手段とが干渉しないように、前記第１の支持手段を移動・位置決めする移動制御手段を備えたことを特徴とする画像観察装置。
（付記項２）
前記移動制御手段は、撮像手段〜画像表示手段の間の距離と、術者〜画像表示手段の間の距離を検出する距離検出手段を備え、前記距離検出手段からの情報に基づいて第１の支持手段を移動させることを特徴とする付記項１記載の画像観察装置。
（付記項３）
前記第１の支持手段は少なくとも２つ以上のアームと、前記アームを接続する関節部からなり、前記関節部に前記移動制御手段からの制御を受けてアームを移動させる駆動手段を備えたことを特徴とする付記項１および付記項２のいずれかに記載の画像観察装置。
（付記項４）
前記関節部に前記アームの相対移動を固定・解除するブレーキを備え、前記移動制御手段は、前記ブレーキ解除状態の際においても前記撮像手段の位置にもとづいて前記ブレーキを強制的に固定状態とすることを特徴とする付記項１記載の画像観察装置。
（付記項５）
前記第１の支持手段に術者の位置を検出する距離検出手段を設けたことを特徴とする付記項１ないし付記項４のいずれかに記載の画像観察装置。
（付記項６）
前記移動制御手段は、前記撮像手段の光軸に対し、前記画像表示手段の表示面に対する垂直線を平行に配置する制御を行なうことを特徴とする付記項１ないし付記項５のいずれかに記載の画像観察装置。
（付記項７）
前記移動制御手段が、撮像手段と画像表示手段の接近を告知する告知手段を備えたことを特徴とする付記項１ないし付記項６のいずれかに記載の画像観察装置。
（付記項８）
前記告知手段が音声であることを特徴とする付記項７記載の画像観察装置。
（付記項９）
術部の像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって撮像された像を表示する画像表示手段と、前記画像表示手段を支持する第１の支持手段と、前記撮像手段を支持する第２の支持手段と、前記第１の支持手段と前記第２の支持手段を相対的に移動させる移動手段とを具備することを特徴とする画像観察装置。
（付記項１０）
術部の像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって撮像された像を表示する画像表示手段と、前記画像表示手段を支持する第１の支持手段と、前記撮像手段を支持する第２の支持手段と、前記撮像手段と前記画像表示手段の位置を検出する位置検出手段と、前記検出された位置に基いて前記第１の支持手段と前記第２の支持手段を相対的に移動制御する移動制御手段とを具備することを特徴とする画像観察装置。

本発明における第１の実施形態に係る、画像観察装置のシステムを示す構成図。 同実施の形態に係る、軸受の断面図。 同実施の形態に係る、画像表示手段の詳細図。 同実施の形態に係る、画像生成手段の構成図。 同実施の形態に係る、画像表示手段の原理を説明する図。 同実施の形態に係る、画像表示手段の移動を示す作用図。 本発明における第２の実施の形態に係る、術者を上方から見た図と側方から見た図。 本発明における第３の実施の形態に係る、画像表示手段の移動を示す作用図。

符号の説明

Ｐ…術部、３…撮像手段、１…画像表示手段、４０…表示パネル、５…支持アーム（第１の支持手段）、４…保持アーム（第２の支持手段）、１１２…移動制御装置（移動制御手段）、１１３…位置検出カメラアレイ（距離検出手段）、１１４，１１５，１１６…マーカ。

Claims (3)

1. 術部の像を撮像するための撮像手段と、
   前記撮像手段によって撮像された像を表示するための画像表示手段と、
   前記画像表示手段を支持するための第１の支持手段と、
   前記撮像手段を移動可能に支持するための第２の支持手段と、
   前記第１の支持手段を移動するために第１の支持手段に設けられた移動手段と、
   前記撮像手段から前記画像表示手段間の距離を検出する距離検出手段と、
   前記撮像手段の移動に応じて前記距離検出手段により検出される前記撮像手段の前記画像表示手段に対する距離の変化に基づいて、前記画像表示手段または前記第１の支持手段と前記撮像手段との物理的な干渉を防止するように前記移動手段の移動を制御する移動制御手段とを備えたことを特徴とする画像観察装置。
2. 術部の像を撮像するための撮像手段と、
   前記撮像手段によって撮像された像を表示するための画像表示手段と、
   前記画像表示手段を支持するための第１の支持手段と、
   前記撮像手段を移動可能に支持するための第２の支持手段と、
   前記第１の支持手段を移動するために第１の支持手段に設けられた移動手段と、
   前記撮像手段から前記画像表示手段間の距離を検出する距離検出手段と、
   前記撮像手段の移動に応じて前記距離検出手段により検出される前記撮像手段の前記画像表示手段に対する距離の変化に基づいて、前記画像表示手段または前記第１の支持手段と前記第２の支持手段との物理的な干渉を防止するように前記移動手段の移動を制御する移動制御手段とを備えたことを特徴とする画像観察装置。
3. 術者から画像表示手段までの距離を検出する第２の距離検出手段を備え、
   前記移動制御手段は、前記距離検出手段および第２の距離検出手段からの情報に基づいて前記移動手段の移動を制御することを特徴とする請求項１および請求項２のいずれかに記載の画像観察装置。

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