JP3845436B2 - 手術用顕微鏡装置 - Google Patents

Description

本発明は、医師が微細な手術を行う際に術部を拡大観察するための手術用顕微鏡装置に関する。

脳神経外科等の微細な作業が行われる外科手術に使用される手術用顕微鏡はその鏡体が支持装置のアーム機構の先端にＸＹ移動装置を介して取り付けられている。そして、鏡体部の位置を変更する場合はアームの回転軸に備えられた電磁クラッチを解除してアームを回動操作することにより鏡体部を空間内で自在に移動して所望の位置・角度を選択し、また鏡体部を支持したＸＹ移動装置を電動駆動操作することによって平面内での鏡体部が移動して所望の位置に固定するようになっている。

ところで、アーム機構の電磁クラッチに対する操作入力は、通常、鏡体部に取り付けられた操作ハンドルに備えられた押釦スイッチを操作することによって行うが、特開平3-253810号公報のものでは、電磁クラッチの入力装置の一手段として、操作ハンドルの表面４方向の各側面にそれぞれ貼り付けられたシートスイッチによるものが開示されている。これは術者が鏡体部を移動させたい方向のシートスイッチに触れることにより術者が操作しようとした方向の電磁クラッチが解除されるというものである。

また、ＸＹ移動装置の操作入力は、通常フットスイッチ装置に設置されたジョイスティックを操作することにより行うが、特開平6-230289号公報のものにはフットスイッチと鏡体部を保持するＸＹ移動装置との間に存在するアーム機構の回転軸の回転状態を検出した結果によりＸＹ移動装置の駆動方向の補正を行う装置が開示されている。

しかしながら、これら従前の手術用顕微鏡においては、以下のような理由によって術者による鏡体移動操作が必ずしも簡潔かつ容易なものでなく負担の軽いものとは言い難い。

例えば特開平３−２５３８１０号公報に開示される操作入力装置においては、術者が操作ハンドルを握って手動で鏡体部を移動させねばならず、この間、手術の中断は避けられないものであった。また、操作入力方向の検出手段がシートスイッチであるために操作ハンドルのシートスイッチの貼ってある部分を触らねば操作入力ができない。さらに操作入力を行う方向はシートスイッチの枚数分に限られ、操作力量等の検出による速度や方向の駆動制御はできないものであった。

特開平６−２３０２８９号公報に開示される操作入力装置は、フットスイッチによって電動駆動装置の操作入力を行うため、手術中にフットスイッチの位置・方向を目視あるいは足で確認せねばならず、手術の中断は避けられない。このため、術者が手術に集中しながら容易に操作入力することが可能な操作入力手段が待望される。

また、前述の特開平６−２３０２８９号公報に開示される操作入力装置はアームの状態を検出した検出結果に基づいてフットスイッチのジョイスティックの操作入力を補正することが可能であるが、鏡体部の操作入力手段と鏡体部の移動装置の間に存在する関節の回転によって生じる操作入力手段の座標軸と移動装置の駆動軸の変位を補正することはできない。

本発明は前記課題に着目してなされたもので、その目的とするところは、術者による鏡体移動操作が容易で術者による鏡体移動操作の負担が軽い手術用顕微鏡装置を提供することにある。

請求項１に係る発明は、鏡体部の位置および角度の少なくとも一方の変更を手動操作で行う手術用顕微鏡装置において、前記鏡体部の位置および角度の少なくとも一方の変更を電動駆動で行う電動駆動手段と、前記鏡体部に設けられ、前記鏡体部の位置および角度の少なくとも一方を変更する操作を行う操作ハンドルと、前記操作ハンドルに加えられた操作力を検出するための検出手段と、前記検出手段が検出した操作力の大きさに基づき、前記操作ハンドルに加えられた術者の操作に対応して前記検出手段が検出した操作力の大きさが、予め定められた第１のしきい値を超え、前記第１のしきい値よりも大きな第２のしきい値を超えない場合は前記電動駆動手段による駆動を行う動作を選択し、前記第２のしきい値よりも大きな場合は前記電動駆動手段による駆動を行う動作を解除して前記操作ハンドルにより鏡体部の位置および角度の少なくとも一方を手動操作により行う動作を選択するように制御する切り替え制御手段と、を具備したことを特徴とする手術用顕微鏡装置である。
請求項２に係る発明は、鏡体部の位置および角度の少なくとも一方の変更を手動操作で行う手術用顕微鏡装置において、前記鏡体部の位置および角度の少なくとも一方の変更を電動駆動で行う電動駆動手段と、前記鏡体部に設けられ、前記鏡体部の位置および角度の少なくとも一方を変更する操作を行う操作ハンドルと、前記操作ハンドルに加えられた操作力を検出するための検出手段と、前記操作ハンドルに設けられ、前記電動駆動手段による鏡体部の位置および角度の少なくとも一方の変更を行う電動駆動を解除する電動駆動解除手段と、前記操作ハンドルに操作が加えられた状態で前記検出手段の検出結果に基づいて前記電動駆動手段の駆動制御を行うと共に、前記電動駆動解除手段を操作することにより前記電動駆動手段による電動駆動を解除して前記手動操作を行い得るように制御する制御手段と、を具備したことを特徴とする手術用顕微鏡装置である。
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の手術用顕微鏡装置において、前記手術用顕微鏡装置を手動操作するための電磁クラッチの固定を解除する電磁クラッチ操作手段を含み、前記制御手段は、前記電磁クラッチ操作手段の操作により、前記電磁クラッチが固定されている場合は前記電動駆動手段による駆動制御を行い、前記電磁クラッチが解除されている場合は前記電動駆動解除手段により電動駆動手段の電動駆動を停止するように制御することを特徴とする手術用顕微鏡装置である。

以上説明した如く、本発明によれば、操作ハンドルに加えられた操作力を検知して電動駆動装置の操作入力を行うため、ごく軽い力量で操作入力が行え、また、操作ハンドルの部分を触っても操作入力を行えるので、特別に操作スイッチを設けるものに比べてその操作スイッチを探す手間が省け、例えば術者がピンセット等の手術具を持った状態でも容易に操作入力を行うことができる。したがって、手術の効率向上および手術時間の短縮等が可能であり、術者および患者に対しても負担もかなり低減される。

＜第１の実施例＞
図１ないし図３を参照して、本発明の第１の実施例を説明する。

（目的）
手術用顕微鏡の操作ハンドルのグリップのアームに貼り付けて設置された複数の歪ゲージでグリップに加えられた操作力の方向および大きさを検出することにより電動駆動装置の操作入力を行う。また、手動による操作時に前述の歪ゲージを用いて手動により操作していることを検知して電動駆動装置の駆動をキャンセルすることにより手動操作後の電動駆動装置の作動による視野のずれを防止することにある。

（構成）
図１は俯仰アーム機構１を示しており、この俯仰アーム機構１は図示しない架台に取り付けられた保持アーム機構２に保持されている。保持アーム機構２は前記架台に一端が水平な向きに回動可能に支持された図示しない第１アームと、この第１アームの他端に水平方向に回動可能に支持される第２アームと、前記第２アームに上下方向に回動可能に支持されかつ前記俯仰アーム機構１を保持する第３のアーム３とからなる。なお、第２アームは例えば平行リンク機構からなり、水平および上下方向に変位可能である。また、俯仰アーム機構１を保持する第３アーム３にはその俯仰アーム機構１の第１俯仰アーム５が垂直な軸Ｏｄを中心に水平な方向へ回動自在に連結されている。

第１俯仰アーム５には第２俯仰アーム６の一端が第１軸７により回動可能な関係で連結されている。つまり、第１軸７の一端は第１俯仰アーム５の内部に固定的に収納された第１俯仰モータ８の回転軸に接続されている。第１俯仰モータ８は両方向、つまり正逆回転可能なものである。第１軸７の他端は第２俯仰アーム６に固定された軸受９により支持されている。また第１俯仰アーム５と第２俯仰アーム６とはその第１軸７に連結した図示しない重さ出し機構により第１俯仰アーム５に対する第２俯仰アーム６の操作回転重さが規制され、重さ出しハンドル９によりその回転重さが選択調整することができるようになっている。

第２俯仰アーム６はその延出側途中部分がＬ字型に下方へ屈曲または湾曲して形成されており、この第２俯仰アーム６の延出下端には接眼レンズ１１を有した鏡体部１２が第２軸１４を中心に回動自在なように取り付けられている。この第２軸１４の一端には第２俯仰アーム６の内部に固定的に収納された第２俯仰モータ１５の回転軸に接続されている。第２俯仰モータ１５は両方向、つまり正逆回転可能なものである。第２軸１４の他端は鏡体部１２に固定された軸受１６により支持されている。また、第２俯仰アーム６と鏡体部１２とはその第２軸１４に連結した図示しない重さ出し機構により第２俯仰アーム６に対する鏡体部１２の操作回転重さが規制され、それの重さ出しハンドル１７によりその回転重さが選択調整することができるようになっている。

前記鏡体部１２の左右側面部分にはそれぞれ操作ハンドル１８が取り付けられていて、この操作ハンドル１８は鏡体部１２の位置や角度を変更する操作を行うようになっている。各操作ハンドル１８は前記鏡体部１２から導出してその途中部分を下方へ屈曲または湾曲した形状のグリップアーム２１とこのグリップアーム２１の先端に取着されたグリップ２２とにより構成される。図３はその右側の操作ハンドル１８を術者が位置する方とは反対側からみた外観を示すものである。操作ハンドル１８のグリップアーム２１はその一端にグリップ２２を支持しその他端が鏡体部１２の対応する側面部分にそれぞれ固定されている。

グリップ２２を取着する側に位置するグリップアーム２１の先端部分は、鏡体部１２の前後左右各向きの各側面を平面とした立方状の変形可能な検出部用部材２３として構成されている。そして、鏡体部１２の前後方向に面した前後方向歪検出面２４と鏡体部１２の左右方向に面した左右方向歪検出面２５にはそれぞれ別の歪ゲージ２６，２７が、そのグリップアーム２１または検出部用部材２３の長手方向に歪曲方向が配列して向くように接着されている。各歪ゲージ２６，２７のゲージ端子２８，２９にはそれぞれリード線３１が接続されている。

これらのリード線３１は前述した図示しない架台部に内蔵された装置に接続されている。すなわち、図２で示すように前後側の歪ゲージ２６は歪検出器３２に接続され、左右側の歪ゲージ２７は別の歪検出器３３にそれぞれ接続されている。つまり、操作ハンドル１８に加えられた操作力を検出するための検出手段を構成している。歪検出器３２，３３で検出された歪信号はコンパレータを内蔵した制御回路３４に入力される。制御回路３４はその入力を受けて演算処理する演算手段を構成し、その結果にもとづいて俯仰モータ駆動電源３５を操作し、前述した各俯仰モータ８，１５に正電圧および負電圧の電圧を供給して駆動する制御手段を構成している。また、これの制御手段はグリップ２２に加えられた操作力の方向および大きさを検出することにより鏡体部１２の俯仰を行う電動駆動手段の操作入力を行う。

（作用）
術者が鏡体部１２の俯仰を微動操作によって行うときは操作ハンドル１８に軽く触れることによる電動駆動操作がなされ、また鏡体部１２の粗動俯仰を行うときは操作ハンドル１８を手に握って動かすことによる手動操作によって対応した各軸７，１４を回動させることができる。

まず、操作ハンドル１８を用いた鏡体部１２の電動駆動操作について具体的に説明する。術者は鏡体部１２を俯仰させたい方向のグリップ２２の面に力を加えると、この力を加えた方向にグリップアーム２１の検出部用部材２３が歪曲して歪ゲージ２６，２７がその歪方向および歪み量に応じた歪信号を出力する。これらの歪信号はそれぞれの歪検出器３２，３３で検出されるとともに増幅されて制御回路３４に出力する。制御回路３４ではこれに内蔵されたコンパレータで予め設定されたしきい値と比較して、歪検出器３２，３３からの出力がそのしきい値よりも大きい場合には操作入力がなされたと判断して俯仰モータ駆動電源３５へ駆動信号を出力する。ここでのしきい値は術者がグリップ２２に触れた程度の力における歪ゲージ２６，２７の出力からグリップ２２を強く押したときの力まで術者の好みに応じて自在に設定することが可能である。俯仰モータ駆動電源３５では入力された駆動信号に従って俯仰モータ８，１５への電源供給を行う。

例えば、術者が鏡体部１２を自分からみて反時計方向へ俯仰させたいときはグリップ２２の左側面を押す。これにより左右方向歪検出面２５が図２の左方向へ歪曲し、これに設けた歪ゲージ２７もその左右方向歪検出面２５と共に歪曲し、その歪曲量に応じた正の歪信号が歪検出器３３を介して制御回路３４へ入力する。制御回路３４においてはあらかじめ設定された第１のしきい値よりも入力された歪信号の値が大きい間、俯仰モータ駆動電源３５へ正方向駆動信号を出力する。これにより俯仰モータ駆動電源３５は第１俯仰モータ８へ正の電源供給を行う。第１俯仰モータ８は正方向へ回転して第２俯仰アーム６は第１軸７を中心に反時計方向に回転し、鏡体部１２は右方向へ俯仰移動する。
鏡体部１２の俯仰移動を止めたいときはグリップ２２に力を加えている手を離すことにより歪ゲージ２７からの歪信号の歪量が低下して制御回路３４で定められた第１のしきい値よりも下回ることから、制御回路３４からの駆動信号の出力が停止されて俯仰モータ駆動電源３５から俯仰モータ８への電源供給が停止される。そして、鏡体部１２の俯仰移動が止まる。

次に、手動による鏡体部１２の粗動俯仰操作を行う場合について説明する。重さ出しハンドル９，１７は通常は強い力を加えれば手動俯仰操作可能な程度の力で軸７，１４を固定するように締め付けており、このため、軽い力での手動による俯仰操作はできないようになっている。

そこで、手動によって軽い力で俯仰操作したい場合、例えば鏡体部１２を左右方向に俯仰させたいときは重さ出しハンドル９を、前後方向に俯仰させたいときは重さ出しハンドル１７を緩めた後、グリップ２２を握って俯仰させたい方向へ鏡体部１２を動かすことにより鏡体部１２は対応する軸７，１４を中心に俯仰回転する。

この手動俯仰操作の際、グリップアーム６には比較的大きな力が加わり、歪ゲージ２６，２７からはそれぞれ歪量に応じた歪信号が歪検出器３２，３３を介して制御回路３４へ出力される。制御回路３４では歪信号の歪量が前述の第１のしきい値よりも大きい予め定められた第２のしきい値を超えると、手動俯仰操作がなされているとみなし、俯仰モータ駆動電源３５には駆動信号を出力しない俯仰モータ駆動停止時間が設定されている。この俯仰モータ駆動停止時間は歪信号の歪量が第２のしきい値を下回った後、術者の手がグリップ２２から完全に離れたと見なされる時間だけ継続される。これにより術者が鏡体部１２の手動による粗動俯仰を行っている間は俯仰モータ８，１５の電動駆動は行われない。このように検出手段が一定以上の力量を検知したとき、つまり手動操作時には電動俯仰駆動は停止する規制機能を呈する。

本実施例では制御回路３４で第１のしきい値を設定して、歪検出面２４，２５での歪量が第１のしきい値を上回ったときに俯仰モータ８，１５に電源を供給するように構成したが、前記歪検出面２４，２５の歪量に応じて前記俯仰モータ８，１５への供給電圧値または供給電圧のデューティ比を変えるなりして、術者がグリップ２２に加えた力に応じた速度で俯仰アームが電動駆動されるように構成することもできる。

また、第２のしきい値を定めて手動による鏡体部１２の俯仰操作時には俯仰モータ８，１５の駆動を停止するように設定したが、術者がグリップ２２を握って手動による俯仰操作を行うことを検知する機構、例えばグリップ２２の複数の面に貼り付けられたタッチセンサ全てから信号入力があったときに術者がグリップ２２を握って手動による鏡体部１２の俯仰操作を行っているとみなして俯仰モータ８，１５への電源供給を停止する機構を用いることも可能である。

（効果）
本実施例によれば、制御回路３４の第１のしきい値を低く設定することにより、グリップ２２に軽く触れるだけで、電動駆動装置の操作入力を行うことが可能であり、またグリップ２２の、どの部分に触れても構わないため、手術中にピンセットやメス等の手術具を持ったままでも手術を中断させることなく操作入力が可能であり、術者の負担軽減および手術時間の短縮が図れる。

また、手動による俯仰操作時には前述の俯仰モータ８，１５の駆動がキャンセルされるように構成したため、鏡体部１２の手動俯仰操作の前後に、俯仰モータ８，１５が作動してしまうことによる視野ずれが起きずに視野の補正をする煩わしさを回避できる。

なお、本実施例では歪検出部が右側の操作ハンドル１８にある場合について説明したが、歪検出部は左側の操作ハンドル１８にあっても、また両側の操作ハンドル１８にあってもよい。

＜第２の実施例＞
図４ないし図８を参照して、本発明の第２の実施例を説明する。

（目的）
手術用顕微鏡の操作ハンドルのグリップとグリップアームの結合部に設置された力覚センサによりグリップに加えられた力の方向と大きさを検出して電動駆動手段の操作入力を行う。また、電動駆動手段の移動座標軸と、操作ハンドルの操作入力座標軸の間に生じる座標軸の変位を検出して前記操作入力座標軸と操作入力座標軸が一致する様に操作ハンドルの向きをモータ駆動による補正を行い、術者が鏡体の角度に気を配らずに操作入力をする事を可能とし、術者の負担を軽減することを目的とする。

（構成）
図４は手術用顕微鏡の鏡体部を保持する俯仰アーム機構部４１を示す。この俯仰アーム機構部４１は前述した第１の実施例の場合と同じように架台および保持アーム機構等からなる支持装置の先端アーム３６の先端部分にＸＹ移動装置４２を介して吊持的に取り付けられている。ＸＹ移動装置４２はこれに吊持する俯仰アーム機構部４１をＸＹＺ座標系４０のＸＹ軸方向へ移動させる移動操作機構である。ＸＹ移動装置４２には図示しない取付部材により俯仰アーム用取付部４３が固定されている。この取付部４３には軸Ｅを回転中心として回動自在な円筒体４４が取り付けられている。円筒体４４にはリンクアーム４５が固定されており、リンクアーム４５は他の３つのリンクアーム４６，４７，４８と共に、前記軸Ｅと垂直な軸Ｆこの軸Ｆと平行な軸Ｇ，Ｈ，Ｉをそれぞれ回転中心とした平行四辺形リンク機構を形成している。軸Ｅと軸Ｆにはそれぞれ従来例と同様の電磁クラッチ４９，５０が設けられ、それに加えてその軸Ｅ，Ｆの回転角度を検出するアブソリュートタイプのエンコーダー５１，５２が備えられている。また、鏡体部１２は前記リンクアーム４８の一端にある軸Ｉの位置に固定されている。

前述した第１の実施例と同様、鏡体部１２の左右側面部分にはそれぞれ操作ハンドル１８が取り付けられている。各操作ハンドル１８は前記鏡体部１２から導出してその途中を下方へ屈曲または湾曲した形状のグリップアーム２１と、このグリップアーム２１の先端に取着されたグリップ２２とにより構成される。グリップアーム２１の基端は、鏡体部１２の側面に固定された操作ハンドル駆動機構５５に支持されている。各グリップ２２には、電磁クラッチ４９，５０を同時に固定／解除するためのグリップスイッチ５３がそれぞれ設けられている。

この操作ハンドル１８には前記ＸＹ移動装置４２のためのＸＹＺ座標系４０とは別の操作入力座標系５４が具備している。ＸＹＺ移動座標系４０は鉛直方向をＺ軸とし、ＸＹ移動装置４２についての術者５６に対する左右と前後の移動方向に一致するＺ軸の垂直な方向をそれぞれＸ軸、Ｙ軸とする。また、操作入力座標系５４ではグリップアーム２１におけるグリップ２２に隣接するその取付部の中心軸方向をＺ軸とし、このＺ軸がＸＹＺ移動座標系４０の場合と同様、鉛直方向にあるとき、前記ＸＹ移動装置４２のＸＹＺ座標系４０におけるＸ軸とＹ軸にそれぞれ平行な方向をそれぞれＸ軸、Ｙ軸とする。ＸＹ移動装置４２のためのＸＹＺ座標系４０と、この操作入力座標系５４は平行移動した原点のみが異なる関係にある。図４に示すように、全可動軸およびグリップ２２は鏡体部１２の観察光軸Ｏと操作入力座標系５４のＺ軸が鉛直な方向のときの位置をそれの基準位置とする。

左右の操作ハンドル１８は同様に構成されている。図５で示すように操作ハンドル１８においてのグリップアーム２１とグリップ２２との結合部には操作ハンドル１８に加えられた操作力の方向およびその強さを検出する検出手段としての静電容量形力覚センサ６１が設けられている。この力覚センサ６１によって前記グリップアーム２１とグリップ２２を結合している。この検出手段としての力覚センサ６１は図５で示すように平行平板電極である固定電極６２と可変電極６３で静電コンデンサを構成し、その電極６２，６３をＸＹ２方向の力検出用に特殊な電極パターンとしなり、各電極パターンの静電容量変化を検出することにより可変電極６３に取り付けられた操作軸６４に加えられた力の方向および大きさを検出する４軸力覚センサであり、これ自体は一般に公知なものである。

本実施例においてはグリップアーム２１の端部に固定電極６２が固定されており、グリップ２２側に操作軸６４を介して可変電極６３が固定されている。また、力覚センサ６１のＸ方向の検出軸が術者の左右方向に設定され、Ｙ方向の検出軸が術者の前後方向に一致するように設定されている。

図６で示すように、グリップ２２に設けられたグリップスイッチ５３は、電磁クラッチ４９，５０の電源供給を行う電磁クラッチ電源６５に対して操作入力信号を送るよう接続される。また、前記力覚センサ６１は、制御回路６６にＸ方向およびＹ方向の操作力量の検出値を力量信号として出力するようにその制御回路６６に接続されている。制御回路６６は図示しないコンパレータを内蔵した制御回路（演算手段）であり、これには力覚センサ６１で検出された力量信号（検知信号）が入力される。また、制御回路６６はＸＹ移動電源６７に駆動信号を出力する。ＸＹ移動電源６７は前記ＸＹ移動装置４２に内蔵されたＸモータ６８およびＹモータ６９に正電圧および負電圧の駆動信号を供給するようになっている。

また、前記エンコーダ５１，５２は鏡体角度検出回路７１の入力端子に接続されている。グリップスイッチ５３は電磁クラッチ電源６５の他、鏡体角度検出回路７１および制御回路６６にも接続されている。鏡体角度検出回路７１から出力された信号がグリップモータ駆動演算回路７２に入力するように接続されており、グリップモータ駆動演算回路７２からの出力は、モータ７４ａ，７４ｂへ電源を供給する駆動電源を備えたグリップモータ駆動回路７３に接続されている。

図７は操作ハンドル駆動機構５５を示す。これには操作ハンドル１８のグリップアーム２１の基端に対して同軸的に連結して支持される第１軸７６を有しており、第１軸７６は第１ギアケース７７に固定された軸受７８により回動自在に支持されている。この第１軸７６にはギア７９が設けられている。また、第１ギアケース７７には第１ステップモーター８１が固定されている。第１ステップモーター８１に接続された第２軸８２の他端は第１ギアケース７７に固定された軸受８３に対して回動自在に支持されている。第２軸８２には前記第１軸７６のギア７９と噛み合うウォームギア８４が設けられている。

前記第１ギアケース７７はその側面部分に中心線が同一直線上にある第３軸８５，８６を有している。前記鏡体部１２に固定された第２ギアケース８７に固定された軸受８８，８９にそれぞれ第３軸８５，８６を支持することにより第１ギアケース７７は第２ギアケース８７に対して回動自在に支持されている。一方の第３軸８６にはギア９１が設けられている。第２ギアケース８７に取付け固定された第２ステップモーター９２の第４軸９３は前記第３軸８６と軸ずれ状態で直角に交差しており、第４軸９３の他端は第２ギアケース８７に固定された軸受９４に支持されている。さらに第４軸９３には前記第３軸８６のギア９１に噛み合うウォームギア９５が設けられている。

なお、第１軸７６と第３軸８５，８６とは互いに同一平面内において垂直な位置関係で配置されており、第２ギアケース８７に固定された第２ステップモーター９２の第４軸９３、第３軸８６、ギア９１、ウォームギア９５による第１ギアケース７７のための保持構造も、上述したグリップアーム２１側の保持構造と同様に構成されている。

（作用）
術者５６が鏡体部１２の微動移動操作を行う場合は操作ハンドル１８での操作によるＸＹ移動装置４２の駆動により行う。また、鏡体部１２の粗動移動操作および俯仰操作を行う場合はグリップスイッチ５３を操作して、各回転軸に内蔵された電磁クラッチ４９，５０をフリーにすることにより各回転軸を回転させて行う。

まず、操作ハンドル１８の操作による鏡体部１２の微動移動を行う場合について述べる。操作ハンドル１８に力を加えると、力覚センサ６１が、これの力を検出し、この信号が入力される制御回路６６がその操作を演算処理し、その結果によってＸＹ移動電源６７に駆動信号を出力させる。この駆動信号を受けてＸＹ移動装置４２はＸモータ６８およびＹモータ６９を駆動して行う。つまり、術者５６はグリップ２２に対して鏡体部１２を移動させたい方向へ力を加えると、これにより力覚センサ６１には術者が加えた力の方向および大きさに応じて静電容量の変化が起き、この力量の信号を制御回路６６へ出力する。制御回路６６では前述した第１の実施例と同様、予め設定されたしきい値と力量信号の力量値を比較してその力量値がしきい値よりも大きい場合には、ＸＹ移動電源６７へ駆動信号を出力する。ここで、しきい値は、第１の実施例と同様に術者５６がグリップ２２に触れた程度の力量から強く押した力量まで自在に設定することができる。ＸＹ移動電源６７では入力された駆動信号に従ってＸＹ移動装置４２の各モータ６８，６９へ電源を供給する。

例えば術者５６が右側のグリップ２２の右側面を右側へ押したときは力覚センサ６１からの力量信号の力量値が制御回路６６のしきい値を上回っている間、ＸＹ移動電源６７よりＸＹ移動装置４２のＸモータ６８へ負電圧の電源が供給され、鏡体部１２は左方向へ移動する。鏡体部１２の移動を止めたいときはグリップ２２に力を加えている手を離すことにより、ＸＹ移動電源６７のＸモータ６８への電源供給が止まり、鏡体部１２の移動が停止する。

次に、鏡体部１２の粗動移動操作および俯仰操作を行う場合について説明する。この場合はグリップスイッチ５３を操作して各回転軸に内蔵された電磁クラッチ４９，５０をフリーにすることにより各回転軸を回転させて行う。

グリップスイッチ５３の操作による回転軸ＥおよびＦの回転を行う鏡体部１２の角度変更の動作について説明する。術者５６がグリップスイッチ５３をオンにすると、電磁クラッチ４９，５０は軸Ｅ、Ｆの回転の固定が解除される。これと同時にグリップスイッチ５３より歪検出を行う制御回路８３へ歪み検出停止信号が出力され、その制御回路８３において力覚センサ６１や第１の実施例で前述したような歪ゲージからの出力がキャンセルされる。すなわち、術者がグリップスイッチ５３を押している間はＸＹ移動装置４２の駆動は行われない。この軸Ｅ，Ｆの固定解除により、前記平行四辺形リンク機構を介して固定されていた軸Ｉの回転が自由になる。従って、この状態で術者５６はグリップ２２に意図する方向の力をかけることにより、軸Ｅ，Ｉを回転軸として鏡体部１２を前後左右に俯仰させることが手動で軽く出来る。鏡体部１２の位置を決定したらその位置でグリップスイッチ５３をオフにする事により固定解除の場合と同様にして鏡体部１２の軸Ｅ，Ｉを軸とする回転位置に再び固定することが出来る。

しかし、鏡体部１２の前後左右俯仰操作により、ＸＹ移動装置４２の移動座標系４０の軸とグリップ２２の操作入力座標系５４の軸の間に変位が生じて、術者５６の操作入力方向とＸＹ移動装置４２の移動方向が一致しなくなる。前記変位とは軸Ｅをａ度回転させると、操作入力座標系５４のＹ軸とＺ軸が、ＸＹ移動装置４２のＹ軸とＺ軸に対し、ａ度変位する。軸Ｆをｂ度回転させると、操作入力座標系５４のＹ軸とＺ軸が、ＸＹ移動装置４２のＹ軸とＺ軸に対し、ｂ度変位することを意味する。ここで、軸Ｆと軸Ｉは平行四辺形リンクにより連結されているので常に位置が一致している。

以下に、図８のフローチャートを用いてその変位を補正する手段を説明する。

［＃１］グリップスイッチ５３をオンにし、電磁クラッチ４９，５０を解除すると同時にグリップスイッチ５３からオン信号が鏡体角度検出回路７１に出力される変位補正動作がスタートする。

［＃２］鏡体角度検出回路７１はエンコーダ５１，５２から送られた信号を入力し、基準位置を基準とする軸Ｅ、Ｆの前記オン信号入力時の初期角度α1 、β1 を検出及びメモリーする。ここで、鏡体角度検出回路７１は軸Ｅが鏡体部１２を術者５６側から見て基準位置より時計まわり方向に位置する場合を、軸Ｆが基準位置より矢印９７方向に位置する場合をそれぞれ正として検出する。

［＃３］鏡体部１２の俯仰操作を終了し、グリップスイッチ５３をオフにして鏡体部１２を固定する。

［＃４］鏡体角度検出回路７１はグリップスイッチ５３からオフ信号を入力し、＃２と同様にして前記信号を入力した時の軸Ｅ、Ｆの終了角度α2 、β2 を検出する。

［＃５］グリップモータ駆動演算回路７２は前記初期角度α1 、β1 及び終了角度α2 、β2 を鏡体角度検出回路７１から入力し、以下の演算を行いグリップ駆動角度α、βを算出する。
α＝α1 −α2 β＝β1 −β2
［＃６］グリップモータ駆動演算回路７２は、鏡体角度検出回路７１からグリップ駆動角度α、βの信号を入力し、第４軸９３、ウォームギア９５、ギア９１を介して第３軸８６を矢印９８の方向へ角度α、第２軸８２、ウォームギア８４、ギア７９を介してグリップアーム２１を矢印９９の方向へ角度βそれぞれ回転するようにステップモーター８１，９２に電源を供給する。ステップモーター８１，９２が駆動され、前記の駆動伝達系を介してグリップ２２が回転し、操作入力座標系５４の軸はＸＹ移動装置４２の移動座標系４０の軸に一致する。

（効果）
上述の如く、本実施例によれば、力覚センサ６１でグリップ２２に加えられた力の方向と大きさを検出して操作入力を行うため、術者５６がグリップ２２に軽く触れるだけでよく操作することができる。したがって、手術具を持ちながらでも鏡体部１２の移動が可能である。また、グリップ２２のどの部分を触ってもよいため、例えば操作スイッチを探す必要がなく、迅速な操作入力が可能であり、また術部に対するグリップ２２の位置が不変となるため、操作性も向上し、手術の効率向上と手術時間の短縮化が図れる。

前述した第１の実施例の歪ゲージをグリップアームに接着する方法に比べるとその構成が簡略化できるとともにその組立てが容易である。

さらに、ＸＹ移動装置４２の移動座標系４０の軸と、グリップ２２の操作入力座標系の軸が常に一致するので、術者にとって直感的に入力し易くなる。鏡体部１２の角度に気を配らずに操作入力する事が可能なため、術者の負担を軽減する事ができる。

さらに、電磁クラッチ４９，５０をフリーにすることにより行うアームの手動操作時には前記操作入力装置の動作がオフになるため、手動操作の後に前記操作入力装置の作動による視野ずれが起こらないので、手動操作後の視野の補正をせずに済む。

＜第３の実施例＞
図９ないし図１２を参照して、本発明の第３の実施例を説明する。

（目的）
この実施例は手術用顕微鏡装置の駆動系直交座標系と、グリップの直交座標系の角度差を検出し、その角度差を補正手段で補正し、術者が鏡体部の角度に気を配らずに操作入力することを可能とし、術者の負担を軽減することを目的とする。また、グリップをマニュアル操作部と電動駆動操作部に分けることによりモータの誤動作を防ぐことが可能で、歪量の検出の容易な操作ハンドルを提供することを目的とする。

（構成）
図９は顕微鏡の重さをカウンターウェイトにより平衡を保つ６軸可動の手術用顕微鏡装置の外観全体を示す。この架台１０１はベース１０２に支柱１０３を立設してなり、支柱１０３はその途中に回転軸Ｄ１０４と回転軸Ｅ１０５を有しており、回転軸Ｄ１０４と回転軸Ｅ１０５の回りに回動させることにより支柱１０３の回転軸Ｆ１０６を傾斜させ得るようになっている。

支柱１０３の上端部には回転軸Ｌ１０７を有した第１アーム部１１５が軸部１１６を介して上下に傾動自在に枢着されている。また、第１アーム部１１５は回転軸Ｆ１０６の回りに回動できる。さらに第１アーム部１１５は連結アーム１１７を有する平行リンク機構１１８を介してカウンタウェイト１１９と連動するように連結されている。第１アーム部１１５にもカウンタウェイト１２０が取り付けられている。

第１アーム部１１５はエンコーダＬ１２１を備えた駆動モータＬ１２２によって回転軸Ｌ１０７を中心に回動するように設けられている。四辺形の平行リンク機構１１８はエンコーダＭ１２３を備えた駆動モータＭ１２４によって前記回転軸Ｌ１０７に直交する回転軸Ｍ１０８を中心に回動するように連結されている。さらに平行リンク機構１１８の先端には回転軸Ｎ１０９を中心に回動自在に顕微鏡１２５を保持する保持部１２６が取付けられており、この保持部１２６にはその回転軸Ｎ１０９を中心とする回転を検出するエンコーダＮ１２７が設けられている。

また、この顕微鏡１２５の部分には前述した第１の実施例と同じように、鏡体部１２８の傾斜を操作する操作ハンドル１２９が設けられている。操作ハンドル１２９はグリップ１３１とグリップアーム１３２によって構成され、グリップアーム１３２には術者がグリップ１３１に力を加えた操作力およびその操作方向を検出する検出手段のための歪ゲージ１３３ａ，１３３ｂが設けられている（図１０および図１２を参照）。

また、顕微鏡の架台１０１には制御装置１３４が備えられている。図１０で示すように、歪ゲージ１３０ａ，１３０ｂ、エンコーダＬ１２１、エンコーダＭ１２３、エンコーダＮ１２７、駆動モータＬ１２２、駆動モータＭ１２４、歪ゲージ１３３ａ，１３３ｂに接続される歪検出器１３５ａ，１３５ｂは、その制御装置１３４内の歪検出回路１３６、グリップ傾き検出回路１３７、モータ駆動回路１３８およびＣＰＵ（演算および制御を行う手段）１３９に接続される。モータ駆動回路１３８は、駆動モータＬ１２２、駆動モータＭ１２４の電源を有し、各駆動モータ１２２，１２４に電源を供給するよう接続される。各エンコーダ１２１，１２３，１２７はこれの取付けられた回転軸の基準状態との角度差を検出し、その結果をグリップ傾き検出回路１３７に送るように接続される。

図９に図示する直交座標系Ｂ１４０は駆動モータＬ１２２、駆動モータＭ１２４の駆動方向を示す駆動系直交座標系であり、直交座標系Ｅ１４１は操作入力方向を示すためのグリップ４７の直交座標系を示す。これらの直交座標系はいずれもこれに対応した回転軸が回転すると、共にその直交座標系の向きが変わる変動直交座標系である。

直交座標系Ｂ１４０は、回転軸Ｌ１０７をＸb 軸、回転軸Ｌ１０７と直交する回転軸Ｍ１０８をＹb 軸とする。

直交座標系Ｅ１４１は、鏡体部１２８の左右方向をＸe 軸、回転軸Ｎ１０９と平行な鏡体部１２８の観察光軸をＺe 軸とする。また、グリップ１３１がなす平面はＸe 軸とＺe 軸がなす平面と平行である。また、基準状態においては直交座標系Ｂ１４０のＺb 軸は鉛直方向と一致し、図９で示すように平行四辺形リンク機構１１８の各アームは直角な状態にあり、回転軸Ｌ１０７と鏡体部１２８の左右方向、回転軸Ｍ１０８と鏡体部１２８の前後方向が一致するように設定する。すなわち直交座標系Ｂ１４０と直交座標系Ｅ１４１の向きは一致する。

図１１は顕微鏡１２５の一部分を示し、回転軸Ｌ１０７、回転軸Ｍ１０８、回転軸Ｎ１０９を回転させてグリップ１３１を傾斜させた状態にある。
また、この図１１に示す５つの直交座標系は図９と同様の駆動系直交座標系Ｂ１４０とグリップ１３１の直交座標系Ｅ１４１の他、グリップ１３１の座標系から駆動系直交座標系に変換する際に必要な補助直交座標系を示している。すなわち、直交座標系Ａ１４２は回転軸Ｌ１０７をＸa 軸、回転軸Ｍ１０８をＹa 軸、特に鉛直方向をＺa 軸としたものである。

直交座標系Ｂ１４０は、回転軸Ｌ１０７をＸb 軸、回転軸Ｌ１０７と直交する回転軸Ｍ１０８をＹb 軸としたもので、直交座標系Ａ１４２のＸa 軸を中心にＹa 軸、Ｚa 軸を回転したものである。

直交座標系Ｃ１４３は、回転軸Ｎ１０９をＺc 軸とし、直交座標系Ｂ１４０のＹb 軸を中心として、Ｘb 軸、Ｚb 軸を回転させた直交座標系である。

直交座標系Ｄ１４４は鏡体部１２８の向きを示す直交座標系で、鏡体部１２８の左右方向をＸd 軸、鏡体部１２８の前後方向をＹd 軸、回転軸Ｎ１０９と平行な鏡体部１２８の観察光軸をＺd 軸とする。

直交座標系Ｅ１４１はグリップ１３１の直交座標系で、直交座標系Ｄ１４４のＸd 軸を中心としてＹd 軸、Ｚd 軸をδ回転させたものである。

また、図１１に示す顕微鏡の状態では図９と比べて回転軸Ｌ１０７、回転軸Ｍ１０８、回転軸Ｎ１０９がそれぞれα、β、γ回転している。つまり、
Ｘa Ｚa 平面とＸb Ｚb 平面がなす角がα
Ｙb Ｚb 平面とＹc Ｚc 平面がなす角がβ
Ｙc Ｚc 平面とＹd Ｚd 平面がなす角がγ
Ｘe Ｚe 平面とＹd Ｚd 平面がなす角がδである。

図１２は術者の手前側から見たグリップ１３１の部分の断面図である。グリップ１３１はマニュアル操作部１５１を備え、さらに不図示のグリップスイッチ、検出手段としての歪ゲージ１３３ａ，１３３ｂが取り付いている電動駆動操作部１５２を有する。電動駆動操作部１５２は円筒形状のマニュアル操作部１５１内に一端側部分が嵌挿されるとともに、グリップアーム１３２に連結されており、その接続部近傍に前記歪ゲージ１３３ａ，１３３ｂが配設されている。電動駆動操作部１５２の他端側部分は円筒形のマニュアル操作部１５１の反対側の開口部より突き出している。前記歪ゲージ１３３ａ，１３３ｂが配設される部分は第１の実施例で説明した前後方向歪検出面２４および左右方向歪検出面２５と同様の方形をなしており、直交座標系Ｅ１４１のＸe 軸に正対する検出面には歪ゲージ１３３ａが、直交座標系Ｅ１４１のＹe 軸に正対する検出面には歪ゲージ１３３ｂが接着されている。また、マニュアル操作部１５１の端部より突出した電動駆動操作部１５２の端縁１５２ａの外径はマニュアル操作部１５１の外径よりもわずかに大きくなっている。マニュアル操作部１５１は、通常の手動操作による鏡体移動操作時に術者が握ったときに電動駆動操作部１５２に触れないだけの把持長さを有する。

（作用）
このような手術用顕微鏡装置において、回転軸Ｌ１０７、回転軸Ｍ１０８、回転軸Ｎ１０９に備えられたエンコーダＬ１２１、エンコーダＭ１２３、エンコーダＮ１２７はそれぞれ基準状態との角度差を検出し、その結果をグリップ傾き検出回路１３５に送る。また、グリップアーム１３２に備えられた歪ゲージ１３３ａおよび歪ゲージ１３３ｂでは、直交座標系Ｅ１４１における、鏡体操作力のＸe 軸方向分力、Ｙe 軸方向力に相当する歪量εｅ＝（εｅｘ、εｅｙ）を検出して、これらを制御装置１３４の歪量検出回路１３６に送る。

これにより制御装置１３４のＣＰＵ１３９では鏡体操作力により生じたεｅのＸe 軸方向歪量と、Ｙe 軸方向歪量を直交座標系Ｂ１４０の上の歪量に変換して回転軸Ｌ１０７と回転軸Ｍ１０８の回転方向および回転速度を決定し、鏡体部１２８を任意の方向に傾斜させる。この動きを止める時は、鏡体操作力をゆるめる。歪ゲージ１３３ａおよび歪ゲージ１３３ｂからの出力があらかじめ設定されたしきい値以下になると、制御装置１３４のモータ駆動回路１３８は駆動モータＬ１２２及び駆動モータＭ１２４への電源供給を停止し、回転軸Ｌ１０７、回転軸Ｍ１０８の動きを止める。

回転軸Ｌ１０７、回転軸Ｍ１０８の動きと鏡体操作力との関連を説明すると、図９に示すように鏡体部１２８と平行四辺形リンク機構１１８の位置関係が基準状態にあるとき、術者が鏡体部１２８を術者側に傾斜させるため、操作ハンドル１２９の電動駆動操作部１５２の端面に術者の反対側から力を加えると、歪ゲージ１３３ｂは直交座標系Ｅ１４１上のＹe 成分のマイナス値を検出する。この検出値の絶対値により制御装置１３４のＣＰＵ１３９では回転軸Ｌ１０７の回転速度を決定し、また検出値の正負により駆動モータＬ１２２の回転方向を決定し、その駆動モータＬ１２２を駆動させる。これにより回転軸Ｌ１０７は正回転し、鏡体部１２８は術者側に傾斜する。

また、図９に示すように鏡体部１２８と平行四辺形リンク機構１１８の位置関係が基準状態にあるとき、術者が鏡体部１２８を左に傾斜させるためには電動駆動操作部１５２に左方向に力を加える。すると、歪ゲージ１３３ａは直交座標系Ｅ１４１上のＸe 成分のマイナス値を検出する。この歪量の大きさにより制御装置１３４のＣＰＵ１３９では回転軸Ｍ１０８の回転速度を決定し、その検出値の正負により駆動モータＭ１２３の回転方向を決定し、その駆動モータＭ１２３を駆動させる。これにより回転軸Ｍ１０８は反回転し、鏡体部１２８は術者に対し左に傾斜する。

図９に示す顕微鏡において回転軸Ｎ１０９の角度が、−９０゜＜γ＜９０゜の範囲内にあるとする。そこで、術者が鏡体部１２８を任意の方向に傾斜させるために操作ハンドル１２９におけるグリップ１３１の電動駆動操作部１５２に力を加えると、歪ゲージ１３３ａおよび歪ゲージ１３３ｂは直交座標系Ｅ１４１におけるＸe 軸方向とＹe 軸方向の歪量εｅｘ、εｅｙを検出する。これにより制御装置１３４のＣＰＵ１３９では直交座標系Ｂ１４０における歪量に変換し、歪量εｅｙが駆動モータＬ１２２の回転速度を決定し、また歪量εｅｘが駆動モータＭ１２４の回転速度を決定し、それらの回転方向はεｅｘにマイナスを乗じた値の符号εｅｙにプラスを乗じた値の符号により決定する。

但し、γ＝９０゜のときは、歪量εｅｘが駆動モータＬ１２２の回転速度を決定し、歪量εｅｙが駆動モータＭ１２４の回転速度を決定し、それらの回転方向はεｅｘにプラスを乗じた値の符号εｅｙにプラスを乗じた値の符号により決定する。

また、９０゜＜γ＜１８０゜のときは、歪量εｅｙが駆動モータＬ１２２の回転速度を決定し、歪量εｅｘが駆動モータＭ１２４の回転速度を決定し、それらの回転方向はεｅｘにプラスを乗じた値の符号εｅｙにプラスを乗じた値の符号により決定する。

次に、図１１を参照して、回転軸Ｌ１０７、回転軸Ｍ１０８、回転軸Ｎ１０９が回転している場合について説明する。

術者が鏡体部１２８を任意の方向に動かすため、その鏡体部１２８を動かしたい方向に電動駆動操作部１５２を押したり引いたりすると、歪ゲージ１３３ａ，１３３ｂは直交座標系Ｅ１４１における歪量εｅ＝（εｅｘ、εｅｙ）を検出する。

直交座標系Ｅ１４１と直交座標系Ｄ１４４はＸｅ軸とＺｄ軸が平行で、Ｘe −Ｚe 平面とＸd −Ｚd 平面が角δをなしているので、直交座標系Ｄ１４４における歪量εｄはεｄ＝（εｅｘ、εｅｙ・ｃｏｓδ）と変換される。

直交座標系Ｄ１４４と直交座標系Ｃ１４３はＺd 軸とＺc 軸が平行で、Ｘd −Ｚd 平面とＸc −Ｚc 平面が角γをなしているので、直交座標系Ｃ１４３における歪量εｃはεｃ＝（εｅｘ・ｃｏｓγ、εｅｙ・ｃｏｓδ・ｃｏｓγ）と変換される。

直交座標系Ｃ１４３と直交座標系Ｂ１４０はＹc 軸とＹb 軸が平行で、Ｙc −Ｚc 平面とＹb −Ｚb 平面が角βをなしているので、直交座標系Ｂ１４０における歪εｂはεｂ＝（εｂｘ，εｂｙ）
＝（εｅｘ・ｃｏｓγ・ｃｏｓβ，εｅｙ・ｃｏｓδ・ｃｏｓγ）となる。

ここで、直交座標系Ｂ１４０は駆動系直交座標系であるから、εｂのｙ成分により回転軸Ｌ１０７の、ｘ成分により回転軸Ｍ１０８の回転速度ωL 、ωM を制御装置１３４のＣＰＵ１３９が決定する。よって、回転軸Ｌ１０７、回転軸Ｍ１０８は
ωL ：ωM ＝εｂｙ：εｂｘ
但し、γ＝９０゜のときは、
ωL ：ωM ＝εｂｘ：εｂｙ
の回転速度比で鏡体部１２８を傾斜させる。

この動きを止めるときは、鏡体操作力をゆるめてあらかじめ設定されたしきい値以下の歪量を歪ゲージ１３３ａおよび歪ゲージ１３３ｂが検出すると、制御装置１３４のモータ駆動回路１３８は回転軸Ｌ１０７、回転軸Ｍ１０８の動きを止める。

これらの一連の変換作業は、歪量の変換のみでなく直交座標系Ｅ１４１上の歪量をグリップ操作力量の分力として算出した後でも同じ事が言える。つまり、直交座標系Ｅ１４１上の歪量εｅ＝（εｅｘ、εｅｙ）は
直交座標系Ｅ１４１の操作力のｆe ＝（ｆｅｘ，ｆｅｙ）と制御装置１３４のＣＰＵ１３９で算出し、直交座標系Ｄ１４４における操作力ｆd として
ｆd ＝（ｆｅｘ，ｆｅｙ・ｃｏｓδ）と変換し、
直交座標系Ｃ１４３における操作力ｆc として
ｆc ＝（ｆｅｘ・ｃｏｓγ，ｆｅｙ・ｃｏｓδ・ｃｏｓγ）と変換し、
直交座標系Ｂ１４０における操作力ｆb は
ｆb ＝（ｆｂｘ，ｆｂｙ）
＝（ｆｅｘ・ｃｏｓγ・ｃｏｓβ，ｆｅｙ・ｃｏｓδ・ｃｏｓγ）となる。よって、回転軸Ｌ１０７、直交座標系Ｂ１４０は、ωL ：ωM ＝ｆｂｙ：ｆｂｘ＝εｂｙ：εｂｘの回転速度比で鏡体部１２８を傾斜させる。

この動きを止めるときは、鏡体操作力をゆるめてあらかじめ設定されたしきい値以下の歪量を歪ゲージ１３３ａおよび歪ゲージ１３３ｂが検出すると、制御装置１３４のモータ駆動回路１３８は回転軸Ｌ１０７、回転軸Ｍ１０８の動きを止める。

なお、ここでは説明を簡単にするため、Ｚa 軸を鉛直としたが、Ｚa 軸の方向を任意つまり、回転軸Ｄ１０４、回転軸Ｅ１０５が回転し、回転軸Ｆ１０７が傾斜していても構わない。

図１１を使用してその具体的な一例を示す。回転軸Ｌ１０７、回転軸Ｍ１０８、回転軸Ｎ１０９がそれぞれ−２０゜、−２０゜、４５゜回転し、グリップ１３１がなすＸe Ｚe 平面と直交座標系Ｃ１４３のＸc −Ｚc 平面との角度は３０゜とする。

鏡体部１２８と正対する術者からみてその鏡体部１２８を右斜め前方に傾斜させようと電動駆動操作部１５２に操作力を加え、歪ゲージ１３３ａが直交座標系Ｅ１４１上の歪量εｅ＝（εｅｘ、εｅｙ）を検出し、制御装置１３４のＣＰＵ１３９が直交座標系Ｅ１４１の操作力ｆe を
ｆe （ｆｅｘ，ｆｅｙ）＝（１［Ｎ］，２［Ｎ］）と算出したとする。
すると、直交座標系Ｂ１４０における操作力ｆb は
ｆb ＝（ｆｅｘ，ｆｅｙ）
＝（ｆｅｘ・ｃｏｓγ・ｃｏｓβ，ｆｅｙ・ｃｏｓδ・ｃｏｓγ）
と変換されるので、
ｆb ＝（１・ｃｏｓ４５゜・ｃｏｓ２０゜，２・ｃｏｓ３０゜・ｃｏｓ４５゜） ＝（０．６６［Ｎ］，１．２［Ｎ］）
よって、回転軸Ｌ１０７、回転軸Ｍ１０８は、ωL ：ωM ＝１．２：０．６６の回転速度比で鏡体部１２８を傾斜させる。

（効果）
制御装置１３４が手術用顕微鏡の回転軸Ｌ１０７、回転軸Ｍ１０８、回転軸Ｎ１０９の基準位置との角度差を管理して、術者が所望する鏡体部１２８の傾斜方向に対応する駆動モータ１２２，１２４の回転方向、回転速度を決定して、それを駆動するので、術者が鏡体部１２８の角度に気を配らずに電動駆動操作部１５２に鏡体部１２８を傾斜させたい方向に力を加えれば良い。このため、鏡体部１２８の傾斜が容易にでき、術者の負担が大幅に軽減される。

また、マニュアル操作部１５１と電動駆動操作部１５２が分かれているので、電動駆動操作部１５２は術者の手動操作に耐え得るだけの強度を持つ必要がない。

このため、電動駆動操作部１５２を前述した第１の実施例における場合よりも細くすることが可能であり、歪の検出が容易になり、歪量の検出の精度が向上し、より精密なモータ駆動による鏡体部１２８の角度変更が可能となる。また、手動操作においてマニュアル操作部１５１を握って操作することにより、手動操作の前後でモータＬ１２２およびモータＭ１２４の作動による視野ずれがない。さらに、歪ゲージ１３３ａおよび歪ゲージ１３３ｂが外部に露出していないので、カバー等による歪ゲージ１３３ａ，１３３ｂの保護が不要である。

＜第４の実施例＞
図１３ないし図１８を参照して、本発明の第４の実施例を説明する。

（目的）
この実施例は術者が鏡体部を移動させようとした方向をグリップにて検出し、アームの回転軸に備えられたモータを駆動させることにより鏡体部の移動の初期操作力量の低減を図り、術者の負担を低減させることを目的とする。

（構成）
図１３は手術顕微鏡支持用スタンド装置を示す。このスタンド装置はアーム部１６１、鏡体部１６２、支柱部１６３および架台部１６４から成り、アーム部１６１はさらに第１アーム１６１ａ、第２アーム１６１ｂ、第３アーム１６１ｃの３つのアーム部分を連結して構成されている。また、第１アーム１６１ａと一体に構成されている回転軸１６５ａは図示しないベアリングを介して第２アーム１６１ｂに保持されており、これにより第１アーム１６１ａが同図１３での矢印Ｙで示す様に上下方向に回動可能になっている。

また、第２アーム１６１ｂと一体に構成されている回転軸１６５ｂはベアリング１６６を介してアーム部１６１ｃに水平な方向へ回転自在に支持されている。支柱部１６３と一体に構成されている回転軸１６５ｃは第３アーム１６１ｃに保持されたベアリング１６７に支持され、支柱部１６３に対して第３アーム１６１ｃを水平な方向へ回転自在な状態に支持している。また、第１アーム１６１ａの先端にはベアリング１６７を設け、このベアリング１６７によって鏡体部１６２と一体的に構成されている回転軸１６５ｄを支持し、鏡体部１６２を水平な方向へ回転自在な状態に支持している。すなわち、第２アーム１６１ｂと第３アーム１６１ｃおよび鏡体部１６２はそれぞれの回転軸１６５ｂ，１６５ｃ，１６５ｄを回転軸中心として水平面内で回動可能となっている。鏡体部１６２には術者が鏡体部１６２を移動させるときに手で保持して使用する鏡体移動操作手段としての鏡体操作ハンドル１７１が設置されている。

また、支柱部１６３には後で述べる鏡体操作力量検知手段と動力装置とを制御するための制御装置１７２が内蔵されている。
図１４は回転軸１６５ｂの周辺の構成を具体的に示したものである。第３アーム１６１ｃの内部には回転軸１６５ｂの近傍に位置して動力装置であるモータ１７３ｂが設置されており、このモータ１７３ｂの回転駆動力はベルト１７４ｂを介して回転軸１６５ｂに伝達されるようになっている。これと同様に他の３つの回転軸１６５ａ、１６５ｃ、１６５ｄの近傍にも図示しないモータおよびベルトが設置されており、それらの回転駆動力を対応する各回転軸１６５ｂ、１６５ｃ、１６５ｄに対して伝達するようになっている。

図１５は前記鏡体移動用操作ハンドル１７１の詳細を示したものである。すなわち、グリップアーム１７６とグリップ１７７とからなり、グリップアーム１７６の末端は図示するように立方体形状に構成されており、この立方体１７８の６つの面には検知手段として圧電素子１７８ａ〜１７８ｆが設置されている。これらの圧電素子１７８ａ〜１７８ｆはその基幹部を導線又は半導体で構成され、外部からの圧力で発生する導線又は半導体のひずみによりそれの電気的抵抗値が変化することを利用して圧力を検知するものであり、これ自体は一般的に知られたものが用いられている。そして、図１６で示すようにそれぞれの圧電素子１７８ａ〜１７８ｆが術者が保持する部分であるグリップ９９の内部に内接して立方体１７８の各面との間に介挿されるように設けられている。

（作用）
以上のような構成を持つ手術顕微鏡支持用スタンド装置においての各構成要素の作用を図１６と図１７を用いて説明する。
図１６は鏡体移動方向の検知方法についてのものである。グリップ１７７に力が加わっていない通常の状態では図１６（ａ）のように各圧電素子１７８ａ〜１７８ｆには力が加わらないため、６つの圧電素子１７８ａ〜１７８ｆを流れる電流は一定となる。しかし，術者がグリップ１７７を持って図１６（ｂ）のように下方向への力Ｆを加えた場合、すなわち、鏡体部１６２を下に向けて移動させようとした場合は圧電素子１７８ｆがグリップアーム１７６とグリップ１７７との間に挟まれて術者により力Ｆに相当する力Ｆ1 を受ける。このＦ1 の大きさは圧電素子１７８ｆの抵抗変化量、すなわち電流変化量として得ることができる。同様に図１６（ｃ）の様に術者が水平方向に力Ｆを加えた場合、すなわち鏡体部１６２を水平方向に移動させようとした場合にはその方向に対応した圧電素子１７８ｃが力Ｆ2 を受け、力Ｆ2 の大きさは圧電素子１７８ｃの抵抗変化量、すなわち電流変化量として得ることができる。また、水平方向に対してある角度を持った方向に力Ｆを加えた場合には複数の圧電素子に図示しない力Ｆの分力Ｆ3 が加わり、各圧電素子１７８ａ〜１７８ｆに加わる分力Ｆ3 の差、すなわち各圧電素子１７８ａ〜１７８ｆを流れる電流の差を比較することによって力Ｆが加えられた方向を検知することができる。

以上のような手段によって鏡体移動方向およびその力量が検知され、信号として支柱部１６３の中の制御装置１７２に入力される。制御装置１７２ではその入力された信号により、鏡体移動方向に加えられた力Ｆが小さくなるように各回転軸１６５ａ、１６５ｂ、１６５ｃ、１６５ｄの回転方向、時間、速度を算出し、動力装置に伝えることにより各回転軸１６５ａ〜１６５ｄを回動させる。

各回転軸１６５ａ〜１６５ｄの制御方法についての詳細を図１７を用いて説明する。図１７は手術用顕微鏡のスタンド装置を上から見た図である。図１７（ａ）の状態において術者が鏡体移動用操作ハンドル１７１を保持し、図示のようにＦなる力を与えた場合、操作ハンドル１７１の内部の検知手段により力Ｆの与えられた方向および力量が検知され、制御装置１７２により各回転軸１６５ａ〜１６５ｄは図示の矢印方向に回転力が与えられる。この回転力は鏡体部１６２が一定の速度になるまで、すなわち、力Ｆがゼロになるまで与え続けられる。

次に、所望の位置で静止させるときには図１７（ｂ）に示すように鏡体部１６２の移動方向と逆方向Ｆ′なる力が与えられることになるため、各回転軸１６５ａ〜１６５ｄに対し、図示の矢印方向すなわち回転方向に対し逆方向に回転力が与えられる。この回転力はＦ′が与え続けられる間、継続して与えられ、鏡体部１６２が静止したとき、すなわちＦ′がゼロになったときに停止される。同様に図１７（ｃ）に示すように鏡体部１６２に対し横方向の力Ｆ″が与えられる場合には各回転軸１６５ｂ、１６５ｃ、１５５ｄは図示の方向に回転力が与えられ、静止させる場合には図１７（ｄ）の様に各回転軸１６５ｂ、１６５ｃ、１６５ｄに対し逆方向に回転力が与えられる。鏡体移動および停止時に与えられる回転力は急激な回転力が与えられて鏡体部１６２に衝撃が加わらないように回転の速度、時間を制御装置１７２にて制御されているため、スムーズに移動し停止することができる。

なお、上記の実施例ではモータ１７３と回転軸１６５がベルト１７４で連絡されているため、鏡体部１６２が定速で移動しているとき、モータ１７３に回転力が伝わることによる負荷の影響が考えられるが、例えば回転軸と軸と垂直になる面で２分割し、それぞれを電磁クラッチにて結合する構造にし、鏡体部が定速で移動している場合には電磁クラッチを切り離してモータへ回転軸の回転力が伝わらないようにすれば定速移動時のモータへの影響は排除できる。

また、本実施例では動力装置から回転軸への回転力伝達手段としてベルトを使用しているがこれに限るものではない。例えばモータの回転軸およびアームの回転軸にそれぞれ歯車を構成し、これを噛み合せることによって回転力を伝達する方法やモータの回転軸に例えばゴムのような弾性体からなるローラーを構成して回転軸の外周にこれを圧接する事によって回転力を伝達する方法や、また定速回転で高トルクが得られ回転角度の制御できるモータ、例えばサーボモータかステッピングモータ又は超音波モータを使用すればアームの回転軸の回転中心とモータの回転軸が一体になるように構成し、モータの回転力を直接回転軸に伝達するようにしてもよい。

さらに本実施例においてはグリップの圧電素子からの信号入力があったときにモータを起動させているが、図１８に示すようなモータ受１８１に設置された常時回転しているモータ１８２をロータリーソレノイド１８３の駆動によりベルト１８４に圧接させる構成をとることにより、信号入力と同時にモータの回転を回転軸に伝えることが可能になるため、モータ駆動時のトルク不足を解消することができる。

（効果）
以上のような第４の実施例によれば、鏡体移動操作の初期および移動停止時に発生する慣性力を相殺し、鏡体部をよりスムーズに所望の位置に移動させることができる。

［付記］
（１）鏡体部の位置および角度の少なくとも一方の変更を行う電動駆動手段を有する手術用顕微鏡装置において、鏡体部の位置および角度の少なくとも一方の変更する操作を行う操作ハンドルと、前記操作ハンドルに加えられた操作力を検出するための検出手段と、前記検出手段の検出結果をもとに操作方向を演算する演算手段と、前記演算手段からの出力値に基づいて前記鏡体部の位置および角度の少なくとも一方の変更を意図した前記操作ハンドルの操作に従い前記電動駆動手段の駆動制御を行って前記鏡体部の位置および角度の変更を行う制御手段とを具備したことを特徴とする手術用顕微鏡装置。
（２）鏡体部の位置および角度の少なくとも一方の変更を行う電動駆動手段を有する手術用顕微鏡装置において、鏡体部の位置および角度の少なくとも一方の変更する操作を行う操作ハンドルと、前記操作ハンドルに加えられた操作力を検出するための第１の検出手段と、前記第１の検出手段の検出結果をもとに操作方向を演算する演算手段と、前記演算手段からの出力値に基づいて前記鏡体部の位置および角度の少なくとも一方の変更を意図した前記操作ハンドルの操作に従い前記電動駆動手段の駆動制御を行って前記鏡体部の位置および角度の変更を行う制御手段と、前記電動駆動手段により鏡体部が動いた角度や距離を検出する第２の検出手段と、前記第２の検出手段からの出力値に基づいて前記操作ハンドルを駆動する駆動手段とを具備したことを特徴とする手術用顕微鏡装置。

（３）前記検出手段は複数の検出部を設けてなることを特徴とする付記第１、２項に記載の手術用顕微鏡装置。
（４）前記検出手段の検出部が、操作ハンドルのアームの複数の面に貼り付けられた歪ゲージであることを特徴とする付記第１〜３項に記載の手術用顕微鏡装置（第１、３の実施例に対応）。
（５）前記検出手段の検出部が、前記操作ハンドルのアームの軸に設置された力覚センサであることを特徴とする付記第１〜３項に記載の手術用顕微鏡装置（第２の実施例に対応）。
（６）前記検出手段の検出部が、前記操作ハンドルのアームとグリップの結合部の面に設置された圧電素子であることを特徴とする付記第１〜３項に記載の手術用顕微鏡装置（第４の実施例に対応）。

（７）前記操作ハンドルが、手動操作部と電動操作部に分かれていることを特徴とする付記第１項に記載の手術用顕微鏡装置（第３の実施例に対応）。これは操作ハンドルを手動操作部と電動操作部に分かれるように構成したため、手動操作時に電動駆動装置が作動して観察視野ずれが防止され、そのための視野の補正を行う必要がない。
（８）前記検出手段の検出部が、一定以上の力量を検知したときはその操作入力装置の動作を停止する手段を設けたことを特徴とする付記第１項に記載の手術用顕微鏡装置（第１、２の実施例に対応）。
（９）前記検出手段の検出部が、手動操作部の操作入力が行われたときは停止することを特徴とする付記第１項に記載の手術用顕微鏡（第２の実施例に対応）。
（１０）前記検出手段の検出部が、検出座標軸と駆動手段の駆動座標軸との間に存在する座標軸方向の変位を検出して該変位を自動的に補正する手段を有することを特徴とする付記第１項に記載の手術用顕微鏡（第２、３の実施例に対応）。これによれば、視野ずれが起こることがなく、視野の補正を行う必要がない。

（１１）前記変位を補正する手段が、操作ハンドルを上下左右方向に回転駆動する電動駆動装置であることを特徴とする付記第１０項に記載の手術用顕微鏡（第２の実施例に対応）。
（１２）前記変位を補正する手段が、操作ハンドルの検出座標を電動駆動装置の駆動座標に変換する補正回路であることを特徴とする付記第１０項に記載の手術用顕微鏡（第３の実施例に対応）。

本発明の第１の実施例に係る手術用顕微鏡装置の俯仰アーム機構の部分を示す斜視図。 同じくその手術用顕微鏡装置の回路部のブロック図。 同じくその手術用顕微鏡装置の操作ハンドル部の斜視図。 本発明の第２の実施例に係る手術用顕微鏡装置の鏡体部保持用俯仰アーム機構部の部分を示す斜視図。 同じくその手術用顕微鏡装置の操作ハンドル部の力覚センサの説明図。 同じくその手術用顕微鏡装置の回路部のブロック図。 同じくその手術用顕微鏡装置の操作ハンドル駆動機構の斜視図。 同じくその手術用顕微鏡装置の変位補正手段のフローチャート。 本発明の第３の実施例に係る手術用顕微鏡装置の全体を概略的に示す側面図。 同じくその手術用顕微鏡装置の回路部のブロック図。 同じくその手術用顕微鏡装置の顕微鏡の部分の斜視図。 同じくその手術用顕微鏡装置の操作ハンドルの部分の断面図。 本発明の第４の実施例に係る手術用顕微鏡装置の全体を概略的に示す側面図。 同じくその手術用顕微鏡装置の回転軸の周辺の構成を示す説明図。 同じくその手術用顕微鏡装置の操作ハンドルの部分の斜視図。 （ａ）（ｂ）（ｃ）は同じくその手術用顕微鏡装置の操作ハンドルの部分の作用を示す断面図。 （ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は同じくその手術用顕微鏡装置のアーム部の回転制御方法の説明図。 （ａ）（ｂ）は同じくその手術用顕微鏡装置のモータ支持部の説明図。

符号の説明

１…俯仰アーム機構、２…保持アーム機構、８…第１俯仰モータ、１２…鏡体部、１５…第２俯仰モータ、１８…操作ハンドル、２１…グリップアーム、２２…グリップ、２３…検出部用部材、２４…前後方向歪検出面、２５…左右方向歪検出面、２６，２７…歪ゲージ、３２…歪検出器、３３…歪検出器、３４…制御回路、３５…俯仰モータ駆動電源。

Claims (3)

1. 鏡体部の位置および角度の少なくとも一方の変更を手動操作で行う手術用顕微鏡装置において、
   前記鏡体部の位置および角度の少なくとも一方の変更を電動駆動で行う電動駆動手段と、
   前記鏡体部に設けられ、前記鏡体部の位置および角度の少なくとも一方を変更する操作を行う操作ハンドルと、
   前記操作ハンドルに加えられた操作力を検出するための検出手段と、
   前記検出手段が検出した操作力の大きさに基づき、前記操作ハンドルに加えられた術者の操作に対応して前記検出手段が検出した操作力の大きさが、予め定められた第１のしきい値を超え、前記第１のしきい値よりも大きな第２のしきい値を超えない場合は前記電動駆動手段による駆動を行う動作を選択し、前記第２のしきい値よりも大きな場合は前記電動駆動手段による駆動を行う動作を解除して前記操作ハンドルにより鏡体部の位置および角度の少なくとも一方を手動操作により行う動作を選択するように制御する切り替え制御手段と、
   を具備したことを特徴とする手術用顕微鏡装置。
2. 鏡体部の位置および角度の少なくとも一方の変更を手動操作で行う手術用顕微鏡装置において、
   前記鏡体部の位置および角度の少なくとも一方の変更を電動駆動で行う電動駆動手段と、
   前記鏡体部に設けられ、前記鏡体部の位置および角度の少なくとも一方を変更する操作を行う操作ハンドルと、
   前記操作ハンドルに加えられた操作力を検出するための検出手段と、
   前記操作ハンドルに設けられ、前記電動駆動手段による鏡体部の位置および角度の少なくとも一方の変更を行う電動駆動を解除する電動駆動解除手段と、
   前記操作ハンドルに操作が加えられた状態で前記検出手段の検出結果に基づいて前記電動駆動手段の駆動制御を行うと共に、前記電動駆動解除手段を操作することにより前記電動駆動手段による電動駆動を解除して前記手動操作を行い得るように制御する制御手段と、
   を具備したことを特徴とする手術用顕微鏡装置。
3. 請求項２に記載の手術用顕微鏡装置において、
   前記手術用顕微鏡装置を手動操作するための電磁クラッチの固定を解除する電磁クラッチ操作手段を含み、
   前記制御手段は、前記電磁クラッチ操作手段の操作により、前記電磁クラッチが固定されている場合は前記電動駆動手段による駆動制御を行い、前記電磁クラッチが解除されている場合は前記電動駆動解除手段により電動駆動手段の電動駆動を停止するように制御することを特徴とする手術用顕微鏡装置。

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