JP4002621B2 - 手術用観察装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外科手術の際に使用され、微小物体を立体的にビデオ観察する手術用観察装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、外科手術の際に使用される手術用観察装置として例えば特開平３−３９７１１号公報には対物光学系が組込まれた対物鏡筒と、接眼光学系が組込まれた接眼鏡筒とが各々別体に設けられた構成の装置が示されている。
【０００３】
また、上記特開平３−３９７１１号公報、特開平４−１６６１４６号公報および東独特許ＤＤ２５９２６５Ａ１には対物光学系の結像部に撮像素子を設置するとともに、術者等の頭部に取り付けるヘッドマウントディスプレイを設け、対物光学系の撮像素子で撮像した映像を術者等の頭部のヘッドマウントディスプレイによって観察する構成の装置が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来構成の特開平３−３９７１１号公報の構成の装置では対物光学系が組込まれた対物鏡筒と、接眼光学系が組込まれた接眼鏡筒とが各々別体に設けられているので、この装置の使用時には術者は先ず対物鏡筒を観察位置に合わせた後、接眼鏡筒を所望の位置に動かして位置合わせする２回の位置合わせ作業が必要になる。そのため、使用前の装置の位置合わせ等のセッティング操作が二度手間になるので、操作性が悪い問題がある。
【０００５】
また、上記特開平３−３９７１１号公報、特開平４−１６６１４６号公報、及び東独特許ＤＤ２５９２６５Ａ１等に開示されているようなヘッドマウントディスプレイを使用する構成の観察装置では手術中、術者の頭部には常にディスプレイ等が装着されている状態で保持されるので、術者にとっては大変煩わしい問題がある。特に、術者が頭部にヘッドマウントディスプレイ等を装着した状態で長時間の手術を行う場合には術者の負担が一層大きくなる問題がある。
【０００６】
更に、上記各従来技術では、対物鏡筒と接眼鏡筒（ヘッドマウントディスプレイを含む）との間の相対的な位置関係を検出する手段が格別に設けられていないので、術者が観察視野を移動する操作が難しい問題がある。すなわち、上記各従来技術では、対物鏡筒と接眼鏡筒との位置関係が全く相関が取れていないため、術者が観察視野を移動する場合に対物鏡筒をどの方向に移動操作すれば所望の視野移動が行われるかを判断することが困難であり、手術の長時間化を招き、ひいては術者及び患者に対する負担を増大する問題がある。
【０００７】
また、接眼鏡筒を覗く際の観察方向と、実際の作業方向との相関も格別に取られていないため、観察者（術者）にとっては観察像の立体感が不自然に感じることがあり、術者の負担をさらに増大させる問題がある。
【０００８】
さらに、ヘッドマウントディスプレイを使用して手術する場合には、次のような問題もある。すなわち、ヘッドマウントディスプレイには処置部の周辺部位のみの狭い範囲の観察像が表示されている状態で保持されることが多いので、術者が手術作業中に術部全体の広範囲の視野を確認したり、鉗子等を交換する場合には、術者はヘッドマウントディスプレイと顔との間の隙間から広範囲の視野や、鉗子等の位置を確認するか、或いは術者以外の助手等の補助作業者が手動でヘッドマウントディスプレイの表示画面を直視モードに切り換えて確認する等の煩わしい作業が必要になる問題がある。
【０００９】
本発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的は、使用前の位置合わせ等のセッティング操作や、観察視野の移動時等の操作性が良く、術者の負担を軽減することができる手術用観察装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、対物レンズと結像レンズを有する光学系と、この光学系による観察像を撮像する撮像手段と、この撮像手段で撮像した観察像を表示する表示手段とを有する手術用観察装置において、前記光学系及び前記撮像手段が組込まれた鏡体部と、前記表示手段を有する表示部及び前記鏡体部を別体に支持する支持手段と、前記表示部の移動に伴い前記鏡体部を移動させる制御または前記表示部のみを移動させる制御を行う制御手段と、前記制御手段による制御を選択する信号を入力可能な入力手段と、を有することを特徴とする手術用観察装置である。
請求項２の発明は、前記入力手段は前記表示部に設けられていることを特徴とする請求項１記載の手術用観察装置である。
請求項３の発明は、前記支持手段は、前記鏡体部を支持する鏡体部支持手段と、前記鏡体部支持手段の一部を共有して前記表示部を支持する表示部支持手段と、を有していることを特徴とする請求項１記載の手術用観察装置である。
請求項４の発明は、前記支持手段は前記鏡体部を移動可能に支持する鏡体部支持手段及び前記鏡体部支持手段と独立し前記表示部を移動可能に支持する表示部支持手段とからなり、前記表示部支持手段に設けられた表示部の位置を検出可能な位置検出手段と、前記位置検出手段の出力に応じ、前記表示部の移動量に応じて前記鏡体部の移動を行うように前記鏡体部支持手段を駆動制御可能な演算手段と、を更に有することを特徴とする請求項１記載の手術用観察装置である。
請求項５の発明は、前記位置検出手段は前記鏡体部と前記表示部の相対的位置を判別するための測定手段を有していることを特徴とする請求項４記載の手術用観察装置である。
【００１１】
そして、上記構成により、鏡体部と、表示部とをそれぞれ相対的に移動させることにより、視野移動のために鏡体部を動かしても術者の観察位置及びアイポイントが変わらないようにしたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態を図１乃至図５を参照して説明する。図１は本実施の形態の手術用観察装置全体の概略構成を示すものである。この手術用観察装置には移動可能な架台１が設けられている。この架台１の上端には操作アームユニット（支持手段）２が装着されている。
【００１３】
この操作アームユニット２には複数の操作アーム、本実施の形態では５つのアーム３〜７が設けられている。ここで、第１アーム３の一端部は架台１の上端に鉛直方向の軸ａを中心に回動可能に取り付けられている。さらに、第１アーム３の他端部には連結部材８を介して第２アーム４の一端部が鉛直方向の軸ｂ及び水平方向の軸ｃを中心に回動可能に取り付けられている。
【００１４】
また、第２アーム４の他端部には連結部材９の上端部が鉛直方向の軸ｄを中心に回動可能に取り付けられている。この連結部材９の下端部にはＸＹ駆動装置１０が取り付けられている。このＸＹ駆動装置１０には軸ｄと直交する平面上で直交する２方向、すなわちＸ方向およびＹ方向にそれぞれ駆動される図示しない可動部が設けられている。そして、このＸＹ駆動装置１０の図示しない可動部には第３アーム５を介して鏡体部１１が取り付けられている。そのため、鏡体部１１は３次元空間の所望の位置に設定することができる。
【００１５】
また、連結部材９には第４アーム６の一端部が取り付けられている。この第４アーム６の他端部には第５アーム７の一端部が軸ｅを中心に回動可能に取り付けられている。さらに、第５アーム７の他端部には接眼鏡筒（表示部）１２が軸ｆを中心に回動可能に取り付けられている。そのため、接眼鏡筒１２は鏡体部１１に対して相対的に移動可能に支持されている。
【００１６】
また、手術用観察装置の鏡体部１１には図２に示すように鏡筒１３が設けられている。この鏡筒１３の内部には左右の観察光路１４，１５と、左右の観察光路１４，１５に共通の対物レンズ１６とが設けられている。ここで、対物レンズ１６は鏡筒１３内の最下端位置に配置されている。
【００１７】
さらに、左側の観察光路１４にはズーム（変倍）光学系１７ａ、絞り機構１８ａ、結像レンズ１９ａおよび撮像素子（撮像手段）２０ａが対物レンズ１６側から順次配設されている。同様に、右側の観察光路１５にはズーム光学系１７ｂ、絞り機構１８ｂ、結像レンズ１９ｂおよび撮像素子２０ｂが対物レンズ１６側から順次配設されている。これにより、鏡筒１３の内部に立体撮像光学系が構成されている。なお、鏡筒１３の内部には照明光学系２１（図４に示す）が装着されている。
【００１８】
また、手術用観察装置の接眼鏡筒１２には図３に示すように左右一対のディスプレイ（表示手段）２２ａ，２２ｂが内蔵されているとともに、左右一対の接眼レンズ２３ａ，２３ｂが配設されている。ここで、左側の接眼レンズ２３ａの光軸上には左側のディスプレイ２２ａ、右側の接眼レンズ２３ｂの光軸上には右側のディスプレイ２２ｂがそれぞれ配設されている。
【００１９】
さらに、この接眼鏡筒１２の外面には手掴み用のグリップ２４が取り付けられている。このグリップ２４には鏡体部１１の移動機構部のロック状態と、ロック解除状態とを切換える押しボタンである第１のスイッチ２５及び接眼鏡筒１２の移動機構部のロック状態と、ロック解除状態とを切換える押しボタンである第２のスイッチ２６がそれぞれ設けられている。
【００２０】
また、第１のスイッチ２５及び第２のスイッチ２６は図５に示すように電磁ブレーキ制御部２７に接続されている。この電磁ブレーキ制御部２７は架台１に内蔵された制御ユニット２８に設けられている。さらに、電磁ブレーキ制御部２７には操作アームユニット２の軸ａ、軸ｂ、軸ｃ、軸ｄ、軸ｅ、及び軸ｆにそれぞれ内蔵された電磁ブレーキ２９が接続されている。
【００２１】
また、鏡体部１１内の一対の撮像素子２０ａ，２０ｂは図４に示すように左右のプロセッサ３０ａ，３０ｂにそれぞれ接続されている。さらに、左側のプロセッサ３０ａは左側のディスプレイ２２ａに、また右側のプロセッサ３０ｂは右側のディスプレイ２２ｂにそれぞれ接続されている。ここで、左右のプロセッサ３０ａ，３０ｂはそれぞれ接続された撮像素子２０ａ，２０ｂの図示しない駆動回路、図示しない映像信号生成回路、及びこの映像信号生成回路からの映像信号に従い輝度レベルを算出する図示しない輝度算出回路で構成されている。
【００２２】
また、左右のプロセッサ３０ａ，３０ｂは架台１に取り付けられた光源３１にそれぞれ接続されている。この光源３１には図示しない光量調整手段が内蔵されている。そして、左右のプロセッサ３０ａ，３０ｂからは光量調整手段に対して輝度信号を出力するようになっている。
【００２３】
さらに、光源３１には図示しない集光光学系が内蔵されている。この集光光学系の集光点にはライトガイド３２の入射端面が設置されている。このライトガイド３２の出射端は鏡体部１１の照明光学系２１に接続されている。
【００２４】
また、架台１にはフットスイッチ（動き制御手段）３３が接続されている。このフットスイッチ３３にはジョイスティックスイッチ３４、フォーカス（照準）スイッチ３５及びズーム（変倍）スイッチ３６がそれぞれ設けられている。
【００２５】
さらに、架台１に内蔵された制御ユニット２８には視野移動制御部３７、フォーカス（照準）制御部３８及びズーム（変倍）制御部３９がそれぞれ設けられている。ここで、視野移動制御部３７にはフットスイッチ３３のジョイスティックスイッチ３４と、鏡体部１１をＸＹ平面上で移動するＸＹ駆動装置１０とがそれぞれ接続されている。また、フォーカス制御部３８にはフットスイッチ３３のフォーカススイッチ３５と、撮像素子２０ａ，２０ｂに結像される観察像のフォーカス位置を調整するフォーカス調整手段４１とがそれぞれ接続されている。さらに、ズーム制御部３９にはフットスイッチ３３のズームスイッチ３６と、鏡体部１１内のズーム光学系１７ａ，１７ｂの図示しないレンズ群を駆動して撮像素子２０ａ，２０ｂに結像される観察像の拡大率を調整するズーム調整手段４２とがそれぞれ接続されている。
【００２６】
次に、上記構成の手術用観察装置の作用について説明する。本実施の形態の手術用観察装置の使用時には、まず、鏡体部１１及び接眼鏡筒１２を手術に適した位置に移動させる使用前のセッティング操作が行われる。ここで、術部を観察するのに適した位置に鏡体部１１を移動する作業時には接眼鏡筒１２のグリップ２４の第１のスイッチ２５がオン操作される。これにより、第１アーム３及び第２アーム４の各軸ａ〜ｄに設けられた各電磁ブレーキ２９がフリーになるので、術者は鏡体部１１を３次元空間の所望の位置に移動することができる。
【００２７】
次に、術者が観察するために適した位置に接眼鏡筒１２を移動する作業が行なわれる。この作業時には接眼鏡筒１２のグリップ２４の第２のスイッチ２６がオン操作される。これにより、第４アーム６及び第５アーム７の各軸ｅ、ｆに設けられた各電磁ブレーキ２９がフリーになるので、術者は接眼鏡筒１２を鏡体部１１に対して所望の距離及び高さに移動した位置に設定することができる。
【００２８】
このように鏡体部１１及び接眼鏡筒１２のセッティング操作の終了後、本実施の形態の手術用観察装置による術部の観察が行われる。この場合には、光源３１が点灯される。この光源３１から出射される照明光は図示しない集光光学系によりライトガイド３２の入射端面に集光される。さらに、ライトガイド３２を通して伝送された照明光は鏡体部１１の鏡筒１３内の照明光学系２１に入射される。そして、この照明光学系２１から外部に照射される照明光によって術部が均一に照明される。
【００２９】
このとき、術部から反射された反射光は対物レンズ１６により集光され、左右の観察光路１４，１５に観察像が入射される。そして、左側の観察光路１４に入射された入射光はズーム光学系１７ａおよび絞り機構１８ａを経て結像レンズ１９ａ側に導かれ、この結像レンズ１９ａにより撮像素子２０ａの撮像面に左側の観察像が結像される。同様に、右側の観察光路１５に入射された入射光はズーム光学系１７ｂおよび絞り機構１８ｂを経て結像レンズ１９ｂ側に導かれ、この結像レンズ１９ｂにより撮像素子２０ｂの撮像面に右側の観察像が結像される。
【００３０】
さらに、鏡体部１１内の一対の撮像素子２０ａ，２０ｂの撮像面で結像された光学像は、左右の各撮像素子２０ａ，２０ｂにより電気信号に変換され、左右のプロセッサ３０ａ，３０ｂにそれぞれ伝達される。このとき、左右のプロセッサ３０ａ，３０ｂによって撮像素子２０ａ，２０ｂからの電気信号が映像信号に変換される。そして、左側のプロセッサ３０ａから出力される映像信号は左側のディスプレイ２２ａに入力され、同様に右側のプロセッサ３０ｂから出力される映像信号は右側のディスプレイ２２ｂに入力される。
【００３１】
従って、左右のディスプレイ２２ａ，２２ｂには術部の左右の映像がそれぞれ表示されるので、術者は左右のディスプレイ２２ａ，２２ｂの表示映像を左右の接眼レンズ２３ａ，２３ｂにより拡大して観察することができる。また、術者は一対のディスプレイ２２ａ，２２ｂの映像を左右の目で各々観察することにより、術部の映像を立体的に認識することができる。すなわち、術者は接眼鏡筒１２の左右の接眼レンズ２３ａ，２３ｂを覗き込むことにより、術部の立体映像を認識することができる。
【００３２】
また、術部の観察中に術者が術部の映像の視野移動・フォーカス（照準）調整及びズーム（変倍）調整等の作業を行いたい場合には、フットスイッチ３３のジョイスティックスイッチ３４・フォーカススイッチ３５及びズームスイッチ３６がそれぞれ操作される。これにより、所望の観察視野・フォーカス調整・観察倍率を選択することが可能である。
【００３３】
さらに、術者が視野を大きく移動したい場合には、グリップ２４の第１のスイッチ２５がオン操作される。これにより、操作アームユニット２の軸ａ〜軸ｄの各電磁ブレーキがフリーになるため、第１アーム３及び第２アーム４を大きく移動することができるので、第１アーム３及び第２アーム４の移動にともない観察視野を容易に大きく移動することができる。
【００３４】
また、光源３１に内蔵された図示しない光量調整手段に対して左右のプロセッサ３０ａ，３０ｂから図示しない輝度算出回路により輝度信号が出力されている。そして、左右のプロセッサ３０ａ，３０ｂから出力される輝度信号に対して最適な光量になるように光量調整手段により光源３１が制御される。
【００３５】
そこで、上記構成のものにあっては次の効果を奏する。すなわち、本実施の形態では、架台１の上の操作アームユニット２によって接眼鏡筒１２を鏡体部１１に対して相対的に移動可能に支持させたので、術者の任意の観察位置で術部の立体観察が可能となる。そのため、ヘッドマウントディスプレイを使用する場合のようにモニターを術者の頭部に装着する必要がないので、術者に対する負担が大幅に軽減される。
【００３６】
また、撮像手段である鏡体部１１と観察手段である接眼鏡筒１２とが各々独立して操作可能であり、自由度も高いため、術者の体格によらず楽な姿勢で観察を行うことができる。
【００３７】
更に、鏡体部１１による観察位置を変更する場合、ＸＹ駆動装置１０を用いることにより、撮像手段である鏡体部１１のみを接眼鏡筒１２とは独立して移動することが可能であるため、術者は接眼鏡筒１２による観察位置を変えることなく術部の視野移動が可能である。
【００３８】
更に、本実施の形態によれば、観察像の明るさを光源３１の光量により調整しているため、絞り調整による焦点深度の変化がなく、画質も最適な状態に保たれ、非常に観察しやすい立体像を得ることができる。そのため、術者は観察において負担が少ない。
【００３９】
なお、本実施の形態では、観察像の明るさを光源３１の光量により調整しているが、撮像手段である鏡体部１１の撮像素子２０ａ，２０ｂの感度を調整して観察像の明るさを調整しても良い。同様に、プロセッサ３０ａ，３０ｂによる映像信号の輝度レベルを一定に保つ増幅回路、即ちオートゲインコントロール回路を用いても良い。この場合、感度を上げると観察像が劣化するため、一定のレベル以上の感度アップが必要な場合には自動的に撮像光学系の絞り１８ａ，１８ｂを開ける手段を設けても良い。
【００４０】
この変形例によると、光源３１の光量を調整する場合に比べ、比較的安価で容易に実現可能である。また、応答速度を考慮すると、反応が早いため、観察時の明るさ調整による違和感が生じない。
【００４１】
また、眼科における手術のように術部に大きな光量を与えると網膜障害等のおそれがある場合には、光量に一定の上限値を設けておき、上限値を越える程度の光量が必要となった場合に自動的に鏡体部１１に内蔵されている絞り１８ａ，１８ｂを開き、光量を上限値以下にするような機構を設けても良い。
【００４２】
この変形例によると、一定以上の光量が患部に照射されるおそれがないため、特に眼科のように大きな光量を与えると問題があるような症例に適用する場合にも安全である。
【００４３】
さらに、本実施の形態では鏡体部１１に内蔵されている絞り１８ａ，１８ｂを一定に保ち、観察像の焦点深度を変えないようにする手段を述べたが、脳神経外科における手術のように高倍観察の多い場合は、観察倍率が高くなるに従って撮像光学系の絞り１８ａ，１８ｂを閉じ、焦点深度を深くするような構成としても良い。この変形例によると、術者は高倍観察時でも焦点深度の深い観察し易い像を得ることができる。
【００４４】
また、図６乃至図８は本発明の第２の実施の形態を示すものである。本実施の形態の手術用観察装置は図６に示すように第１の実施の形態の撮像手段である鏡体部１１を支持する鏡体部支持機構（支持手段）５１と、図７に示すように観察手段である接眼鏡筒１２を支持する接眼鏡筒支持機構（支持手段）５２とをそれぞれ独立に設けたものである。なお、図６乃至図８中で、第１の実施の形態（図１乃至図５）と同一部分には、同じ番号を付してその説明を省略する。
【００４５】
本実施の形態の鏡体部支持機構５１には図６に示すように移動可能な架台５３が設けられている。この架台５３の上端には第１の操作アームユニット５４が装着されている。
【００４６】
この第１の操作アームユニット５４には複数の操作アーム、本実施の形態では３つのアーム５５〜５７が設けられている。ここで、第１アーム５５の一端部は架台５３の上端に鉛直方向の軸ａを中心に回動可能に取り付けられている。さらに、第１アーム５５の他端部には連結部材５８を介して第２アーム５６の一端部が鉛直方向の軸ｂ及び図６の紙面に垂直な水平方向の軸ｃを中心に回動可能に取り付けられている。
【００４７】
また、第２アーム５６の他端には第３アーム５７の一端が図６の紙面に垂直な水平方向の軸ｄを中心に回動可能に取り付けられている。さらに、第３アーム５７の他端には第１の実施の形態と同様の構成の鏡体部１１が図６の紙面に垂直な水平方向の軸ｅを中心に回動可能に取り付けられている。
【００４８】
なお、第１アーム５５、第２アーム５６、第３アーム５７及び鏡体部１１は、図示しないバランス機構により概略のバランスが取られている。さらに、第１の操作アームユニット５４の各軸ａ〜ｅには図８に示す駆動モーター５９ａ〜５９ｅ及び図示しないスリップ機構が内蔵されている。
【００４９】
また、鏡体部１１には第１の実施の形態と同様にライトガイド３２の一端部が取り付けられている。このライトガイド３２の他端部は架台５３に設置された光源３１に接続されている。
【００５０】
さらに、架台５３には第１の実施の形態と同一構成のフットスイッチ３３が同様に接続されている。このフットスイッチ３３にはジョイスティックスイッチ３４、フォーカス（照準）スイッチ３５及びズーム（変倍）スイッチ３６がそれぞれ設けられている。
【００５１】
また、接眼鏡筒支持機構５２には図７に示すように床に設置されたベット６０に固定されるベース部材６１が設けられている。このベース部材６１の上端には第２の操作アームユニット６２が装着されている。
【００５２】
この第２の操作アームユニット６２には複数の操作アーム、本実施の形態では５つのアーム６３〜６７が設けられている。ここで、第１アーム６３の下端部はベース部材６１の上端に鉛直方向の軸ｆを中心に回動可能に連結されている。さらに、第１アーム６３の上端部には第２アーム６４の一端が図７の紙面に垂直な水平方向の軸ｇを中心に回動可能に取り付けられている。この第２アーム６４の他端には第３アーム６５の一端が図７の紙面に垂直な水平方向の軸ｈを中心に回動可能に接続されている。
【００５３】
更に、第３アーム６５の他端には第４アーム６６の一端が図７の紙面に垂直な水平方向の軸ｉを中心に回動可能に取り付けられている。この第４アーム６６の他端には第５アーム６７の一端が鉛直方向の軸ｊを中心に回動可能に取り付けられている。また、第５アーム６７の他端には第１の実施の形態と同様の構成の接眼鏡筒１２が水平方向の軸ｋを中心に回動可能に取り付けられている。
【００５４】
なお、第１アーム６３、第２アーム６４、第３アーム６５、第４アーム６６、第５アーム６７及び接眼鏡筒１２は、各々図示しないバランス機構により概略のバランスが取られている。さらに、第２の操作アームユニット６２の各軸ｆ〜ｋには各々図８に示す電磁ブレーキ６８ｆ〜６８ｋ及びエンコーダー６９ｆ〜６９ｋが内蔵されている。
【００５５】
また、接眼鏡筒１２に連結されたグリップ２４には第１のスイッチ７０及び第２のスイッチ７１がそれぞれ設けられている。
また、図８に示すように第１の操作アームユニット５４の各軸ａ〜ｅに内蔵されている駆動モーター５９ａ〜５９ｅは架台５３に内蔵されたモーター制御部７２に各々接続されている。このモーター制御部７２は架台５３に内蔵された演算部７３に接続されている。
【００５６】
さらに、この演算部７３にはフットスイッチ３３のジョイスティックスイッチ３４、第２の操作アームユニット６２の各軸ｆ〜ｋに内蔵されているエンコーダー６９ｆ〜６９ｋ，グリップ２４の第１のスイッチ７０，および架台５３に内蔵されたブレーキ駆動部７４がそれぞれ接続されている。また、ブレーキ駆動部７４には第２の操作アームユニット６２の各軸ｆ〜ｋに内蔵されている電磁ブレーキ６８ｆ〜６８ｋが接続されているとともに、グリップ２４の第１のスイッチ７０及び第２のスイッチ７１が接続されている。
【００５７】
次に、上記構成の本実施の形態の手術用観察装置の作用について説明する。本実施の形態の手術用観察装置の使用時には次の操作が行われる。はじめに術者は、鏡体部１１に力を加えて鏡体部１１を所望の位置に移動させ、術部を観察するのに適した位置に鏡体部１１を大まかにセッティングする。このとき、鏡体部１１を支持している第１の操作アームユニット５４の各軸ａ〜ｅのスリップ機構がスリップすることにより、第１の操作アームユニット５４の各アーム５５〜５７を鏡体部１１の移動に追従させて移動させることができる。
【００５８】
また、鏡体部１１の大まかなセッティング後、続いてこの鏡体部１１の詳細な位置合わせ及び観察倍率の設定が行われる。この作業は接眼鏡筒１２または図示しないＴＶモニターを観察しながら、フットスイッチ３３の各スイッチ３４、３５、３６を操作することにより行われる。すなわち、ジョイスティックスイッチ３４を操作することにより、第１の操作アームユニット５４の各軸ａ〜ｅに内蔵されたモーター５９ａ〜５９ｅが駆動され、術者が所望する任意の位置に鏡体部１１が移動される。この後、フォーカススイッチ３５を操作することにより、鏡体部１１に内蔵された図示しない照準機構が駆動され、観察点に照準が合わされる。更に、ズームスイッチ３６を操作することにより、術者の所望の観察倍率に設定される。
【００５９】
また、術者がグリップ２４の第２のスイッチ７１を操作することにより、ブレーキ駆動部７４にスイッチ信号が伝達され、第２の操作アームユニット６２の各軸ｆ〜ｋの電磁ブレーキ６８ｆ〜６８ｋが解除される。従って、術者はグリップ２４を持った状態で、グリップ２４の第２のスイッチ７１を操作しながら観察鏡筒１２を観察し易い所望の位置に移動し、設置することができる。このとき、術者が第２のスイッチ７１から手を離すと、自動的に電磁ブレーキ６８ｆ〜６８ｋがロックされ、観察鏡筒１２はその位置に確実に固定される。
【００６０】
次に、術者が鏡体部１１を移動操作する場合には、グリップ２４の第１のスイッチ７０を操作する。この場合にはブレーキ駆動部７４にスイッチ信号が伝達され、電磁ブレーキ６８ｆ〜６８ｋが解除される。同時に、このスイッチ信号は演算部７３にも伝達され、エンコーダー６９ｆ〜６９ｋの値が演算部７３に入力される。
【００６１】
この状態で、術者がグリップ２４を操作して観察鏡筒１２を移動すると、演算部７３はエンコーダー６９ｆ〜６９ｋの値より観察鏡筒１２を支持する第２の操作アームユニット６２の各軸ｆ〜ｋの回転量が演算され、観察鏡筒１２がどの方向にどれだけ移動したかが算出される。この結果より、演算部７３は鏡体部１１を観察鏡筒１２の観察方向に合わせるようにどれだけ第１の操作アームユニット５４のアーム５５〜５７を移動すれば良いかを演算する。
【００６２】
さらに、この演算結果をもとに、演算部７３からはモーター制御部７２にモーター駆動信号が出力される。このとき、モーター制御部７２は、モーター駆動信号をもとに第１の操作アームユニット５４の各軸ａ〜ｅに内蔵されたモーター５９ａ〜５９ｅを駆動して、鏡体部１１を術者の任意の位置に移動する。
【００６３】
また、術者が観察鏡筒１２の位置だけを変更したい場合には、グリップ２４の第２のスイッチ７１を操作することにより、観察鏡筒１２の位置のみを変更することができる。
【００６４】
そこで、上記構成のものにあっては次の効果を奏する。すなわち、本実施の形態では、第１の実施の形態の撮像手段である鏡体部１１を支持する鏡体部支持機構５１と、図７に示すように観察手段である接眼鏡筒１２を支持する接眼鏡筒支持機構５２とをそれぞれ独立に設け、接眼鏡筒１２を鏡体部１１に対して相対的に移動可能に支持させたので、第１の実施の形態と同様に術者の任意の観察位置で術部の立体観察が可能となる。そのため、視野移動のために鏡体部１１を動かしても術者の観察位置及びアイポイントが変わらないので、術者の楽な姿勢で手術を行うことができ、術者の疲労を大幅に軽減することができる。
【００６５】
さらに、ヘッドマウントディスプレイを使用する場合のようにモニターを術者の頭部に装着する必要がないので、術者に対する負担が大幅に軽減される。したがって、手術が効率的に行えるため、手術時間の短縮により患者の負担も大幅に軽減することができる。
【００６６】
また、術者は観察鏡筒１２のみの移動及び観察鏡筒１２に連動して鏡体部１１を移動する操作を適宜選択することができるので、操作性が高く、観察の自由度も高い立体観察手術装置を提供することができる。
【００６７】
また、図９乃至図１１は本発明の第３の実施の形態を示すものである。本実施の形態の手術用観察装置は図９に示すように第２の実施の形態と同様に第１の実施の形態の撮像手段である鏡体部１１を支持する鏡体部支持機構８１を設けるとともに、観察手段として図１０に示すように術者８２の頭部に装着するヘッドマウントディスプレイ８３を設けたものである。なお、図９乃至図１１中で、第１の実施の形態（図１乃至図５）及び第２の実施の形態（図６乃至図８）と同一部分には、同じ番号を付してその説明を省略する。
【００６８】
本実施の形態の鏡体部支持機構８１には図９に示すように移動可能な架台８４が設けられている。この架台８４の上端には操作アームユニット８５が装着されている。
【００６９】
この操作アームユニット８５には複数の操作アーム、本実施の形態では３つのアーム８６〜８８が設けられている。ここで、第１アーム８６の一端部は架台８４の上端に鉛直方向の軸ａを中心に回動可能に取り付けられている。さらに、第１アーム８６の他端部には連結部材８９を介して第２アーム８７の一端部が鉛直方向の軸ｂ及び図９の紙面に垂直な水平方向の軸ｃを中心に回動可能に取り付けられている。
【００７０】
また、第２アーム８７の他端部には連結部材９０の上端部が鉛直方向の軸ｄを中心に回動可能に取り付けられている。この連結部材９０の下端部にはＸＹ駆動装置９１が取り付けられている。このＸＹ駆動装置９１には軸ｄと直交する平面上で直交する２方向、すなわちＸ方向およびＹ方向にそれぞれ駆動される図示しない可動部が設けられている。そして、このＸＹ駆動装置９１の図示しない可動部には第３アーム８８を介して鏡体部１１が取り付けられている。そのため、鏡体部１１は３次元空間の所望の位置に設定することができる。
【００７１】
また、鏡体部１１には照明光学系２１（図４参照）が装着されているとともに、左右の超音波受信機９２，９３が設置されている。そして、照明光学系２１にはライトガイド９４の出射端が接続されている。さらに、ライトガイド９４の入射端は架台８４に取り付けられた光源９５に接続されている。
【００７２】
また、ヘッドマウントディスプレイ８３には図１０に示すように左右一対のディスプレイ９６，９６、各ディスプレイ９６，９６の前方に離間対向配置された固定ミラー９７，９７および術者８２の左右の目９８，９８の前方に離間対向配置された可動ミラー９９，９９がそれぞれ設けられている。ここで、ヘッドマウントディスプレイ８３の本体１００には術者８２の左右の目９８，９８と可動ミラー９９，９９との間を結ぶ直線上に窓１０１が設けられている。
【００７３】
さらに、左右の可動ミラー９９は軸ｈを中心に回動可能に取り付けられている。なお、軸ｈには図１１の示すロータリーソレノイド１０２が取り付けられている。そして、このロータリーソレノイド１０２によって左右の可動ミラー９９が図１１中に実線で示すように術者８２の左右の目９８，９８の前面に配置された使用位置と、同図中に点線で示すように術者８２の左右の目９８，９８の前面から外れた位置に退避させた配置された非使用位置とに回動されるようになっている。
【００７４】
また、このヘッドマウントディスプレイ８３の本体１００の前面上部の中心部には超音波信号を発信する超音波発信機１０３が設置されている。そして、この超音波発信機１０３から発信された超音波が鏡体部１１の左右の超音波受信機９２，９３に受信されるようになっている。
【００７５】
また、鏡体部１１の左右の超音波受信機９２，９３は図１１に示すように演算部１０４に接続されている。この演算部１０４は制御部１０５に接続されている。さらに、制御部１０５にはヘッドマウントディスプレイ８３に内蔵されたロータリーソレノイド１０２及びＸＹ駆動装置９１がそれぞれ接続されている。
【００７６】
次に、上記構成の本実施の形態の手術用観察装置の作用について説明する。本実施の形態の手術用観察装置の使用時には術者８２の頭部にヘッドマウントディスプレイ８３が装着される。この状態で、ヘッドマウントディスプレイ８３の超音波発信機１０３からは超音波が出力される。
【００７７】
この超音波発信機１０３から出力された超音波は鏡体部１１の左右の超音波受信機９２，９３に受信される。このとき、超音波受信機９２，９３は受信した超音波を演算部１０４に入力される。この演算部１０４では位相のズレから図１１に示すように発信機１０３と左側の受信機９２との間の距離Ｌ1 と、発信機１０３と右側の受信機９３との間の距離Ｌ2 と、および発信機１０３を中心とする左右の超音波受信機９２，９３間のなす角θとがそれぞれ演算される。
【００７８】
このとき、演算部１０４で演算された値が、
Ｌ1 ＞Ｌmax かつ Ｌ2 ＞Ｌmax
である場合は、θの値に関係なく制御部１０５にロータリーソレノイド１０２を駆動する信号が出力される。そのため、左右の可動ミラー９９，９９は図１０中に点線で示す非使用位置に設定される。この状態では術者８２は、ヘッドマウントディスプレイ８３の窓１０１から肉眼像を得ることができる。そして、術者８２は、この状態で鏡体部１１を術部の適切な位置に移動する。
【００７９】
次に、術者８２が鏡体部１１に接近し、
Ｌmax ＞Ｌ1 かつ Ｌmax ＞Ｌ2 かつ θ＞θmin
の状態になると、演算部１０４からは制御部１０５にロータリーソレノイド１０２の駆動を停止する信号が出力される。そのため、左右の可動ミラー９９，９９は図１０中に実線で示す使用位置に設定される。このとき、鏡体部１１の一対の撮像素子２０ａ，２０ｂ（図２参照）で撮像された術部の観察像は左右のディスプレイ９６，９６に表示されている。そのため、術者８２は、左右のディスプレイ９６，９６に表示されている術部の観察像の映像を固定ミラー９７，９７及び可動ミラー９９，９９を介して観察することにより、術部の立体映像を観察することができる。
【００８０】
また、例えば術者８２が横を向き、鏡体部１１の左右の超音波受信機９２，９３に受信される超音波のエネルギーが低くなった場合には、演算部１０４はＬ1 ・Ｌ2 の値に関係なく制御部１０５にロータリーソレノイド１０２を駆動する信号を出力する。従って、この場合には術者８２はヘッドマウントディスプレイ８３の窓１０１から肉眼像を得ることができる。
術者８２はこの状態で鉗子の交換等を行う。
【００８１】
また、例えば術者８２が体を前方向に動かし、
Ｌmin ＞Ｌ1 または Ｌmin ＞Ｌ2
の状態になった場合には、θの値に関係なく制御部１０５にロータリーソレノイド１０２を駆動する信号が出力される。この場合には、術者８２はヘッドマウントディスプレイ８３の窓１０１から肉眼像を目視させることにより、鏡体部１１に接近しすぎている状態を知らせることができる。
【００８２】
更に、術者が前後左右に体を動かし、
Ｌ1 ：Ｌ2 ≒１ かつ Ｌmin ＜Ｌ1 ＜Ｌshort
の状態になった場合には、ＸＹ駆動装置９１の可動部を術者８２からみて前方へ駆動する。
【００８３】
逆に、
Ｌ1 ：Ｌ2 ≒１ かつ Ｌmax ＞Ｌ1 ＜Ｌlong
の状態になった場合には、ＸＹ駆動装置９１の可動部を術者８２からみて後方へ駆動する。
【００８４】
更に、左右のディスプレイ９６，９６に術部の立体像が表示されている条件で、
Ｌ1 ／Ｌ2
があらかじめ設定された値よりも大きい場合には、ＸＹ駆動装置９１の可動部を術者８２からみて右方向に駆動する。
【００８５】
逆に、
Ｌ2 ／Ｌ1
があらかじめ設定された値よりも大きい場合には、ＸＹ駆動装置９１の可動部を術者８２からみて左方向に駆動する。
【００８６】
なお、これまでに示したＬmax ，Ｌmin ，Ｌshort ，Ｌlong，θmin の値は、あらかじめ設定された値であり、使用者が以下の条件下で任意に設定しても良い。
Ｌmax ＞Ｌlong＞Ｌshort ＞Ｌmin
また、実際にＸＹ駆動装置９１を駆動する前に、左右のディスプレイ９６，９６上に駆動方向をスーパーインポーズさせて、術者８２に駆動方向を表示しても良い。
【００８７】
このように本実施の形態によれば、術者８２がヘッドマウントディスプレイ８３を頭部に装着した状態でも、手術を行う態勢以外では外部の状況が把握できるため、スムーズに手術を行うことができる。そのため、手術時間の短縮が可能であるので、術者８２及び患者に対する負担が大幅に軽減される。
【００８８】
さらに、鉗子等を選択する場合も、首を横に振るだけで容易に確認が可能であるため、手術の中断も最低限に押さえられる。また、本実施の形態では、ＸＹ駆動装置９１との同調も行っているため、術者８２の頭の動きのみでＸＹ駆動装置９１の操作入力が可能であり、操作入力の手間が大幅に簡略化される。
【００８９】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施できることは勿論である。
次に、本出願の他の特徴的な技術事項を下記の通り付記する。
【００９０】
記
（付記項１） 対物レンズと結像レンズを有する光学系と、この光学系による像を少なくとも一つの撮像素子で撮像する撮像手段と、この撮像手段で撮像した像を表示する像表示手段とを有する手術用観察装置において、前記光学系及び前記撮像手段を有する鏡体部と、この鏡体部とは別体に設けられた前記像表示手段を有する表示部と、前記鏡体部と前記表示部とのうち少なくとも一方の動きを任意に制御する動き制御手段と、を具備したことを特徴とする手術用観察装置。
【００９１】
（付記項２） 付記項１記載の手術用観察装置であって、前記光学系の光束、及び撮像素子の数は複数個であり、立体観察が可能であることを特徴とする手術用観察装置。
【００９２】
（付記項３） 付記項１記載の手術用観察装置であって、前記制御部は、前記鏡体部または前記表示部の移動方向、及び向きを指示する入力手段を有することを特徴とする手術用観察装置。
【００９３】
（付記項４） 対物レンズと結像レンズを有する光学系と、この光学系による像を少なくとも一つの撮像素子で撮像する撮像手段と、この撮像手段で撮像した像を表示する像表示手段とを有する手術用観察装置において、前記撮像手段での像の明るさを、所定の明るさにする明るさ調整手段を具備したことを特徴とする手術用観察装置。
【００９４】
（付記項５） 付記項４記載の手術用観察装置であって、前記明るさ調整手段は、前記撮像手段での像の明るさを検出する明るさ検出手段と、この明るさ検出手段からの信号に基づいて、光源の光量を調節する光量調節手段とからなることを特徴とする手術用観察装置。
【００９５】
（付記項６） 付記項４、または付記項５記載の手術用観察装置であって、前記光学系の瞳位置には、絞り径可変の明るさ絞りが設けられていることを特徴とする手術用観察装置。
【００９６】
（付記項４〜６の従来技術） 従来技術のように術者が接眼鏡筒のディスプレイ画面を観察する観察装置においては、観察像の焦点深度は対物光学系に設けられた絞りによって決定される。しかしながら、光学観察と同様に観察光量の調整を絞りによって行う場合には観察光量の調整操作に連動して観察像の焦点深度も変化する問題があるため、観察部位の変更に応じて観察光量を調整する度に焦点深度も変化することとになり、非常に観察しにくくなる問題がある。
【００９７】
（付記項４〜６の目的） 術者が焦点深度等に対する違和感がなく使用できる手術用観察装置を提供することにある。
（付記項７） 複数の光束を有する光学系と、該複数の光束を一つ又は複数の撮像素子で撮像する撮像手段と、観察者の左右の眼に対応する各々の光束の撮影像を供給する表示手段とからなる手術用観察装置において、前記光学系及び前記撮像素子を内蔵する撮影部と前記表示手段を内蔵する表示部とが別体に設けられており、入力手段により前記撮影部及び前記表示部が一体又は別体に位置操作できる制御部を有したことを特徴とする手術用観察装置。
【００９８】
（付記項８） 前記入力手段は、前記表示部に設けられていることを特徴とする付記項７に記載の手術用観察装置。
（付記項９） 前記撮影部の支持手段と前記表示部の支持手段は、一部を共有していることを特徴とする付記項７に記載の手術用観察装置。
【００９９】
（付記項１０） 前記撮影部の支持手段と前記表示部の支持手段は独立しており、前記表示部の支持手段に設けられた位置検出手段の出力に応じて、前記撮影部の支持手段を駆動する制御部を有したことを特徴とする付記項７に記載の手術用観察装置。
【０１００】
（付記項１１） 前記表示部は、ヘッドマウントディスプレイ又はフェイスマウントディスプレイであることを特徴とする付記項７に記載の手術用観察装置。
（付記項１２） 前記撮影部と前記表示部の相対位置を判別するための測定手段を備えたことを特徴とする付記項７に記載の手術用観察装置。
【０１０１】
（付記項１３） 前記測定手段は、超音波を用いることを特徴とする付記項１２に記載の手術用観察装置。
（付記項１４） 複数の光束を有する光学系と、該光学系の瞳位置に設けられた絞り径可変の明るさ絞りと、前記複数の光束を一つ又は複数の撮像素子で撮像する撮像手段と、観察者の左右の眼に対応する各々の光束の撮影像を供給する表示手段とからなる手術用観察装置において、前記明るさ絞りの絞り径によらず前記撮像手段により適正な明るさの映像信号が得られるべく調整手段を有することを特徴とする手術用観察装置。
【０１０２】
（付記項１５） 前記調整手段は映像信号の輝度レベルを一定に保つ増幅回路であることを特徴とする付記項１４に記載の手術用観察装置。
（付記項１６） 前記調整手段は光源側に設けられた撮像素子への光量を一定に保つ光量調節手段であることを特徴とする付記項１４に記載の手術用観察装置。
【０１０３】
【発明の効果】
本発明によれば、視野移動のために鏡体部を動かしても術者の観察位置及びアイポイントが変わらないため、術者の楽な姿勢で手術を行うことができ、術者の疲労を大幅に軽減することができる。更に、入力手段によって制御手段による制御を選択する信号を入力し、制御手段によって表示部の移動に伴い鏡体部を移動させる制御または表示部のみを移動させる制御を行うことにより、術者が表示部のみの移動及び表示部に連動して鏡体部を移動する操作を適宜選択できるようにして、操作性が高く、観察の自由度も高くすることができる。そのため、手術が効率的に行えるため、手術時間の短縮により、患者の負担も大幅に軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態における手術用観察装置全体の概略構成図。
【図２】 第１の実施の形態の手術用観察装置の鏡体部を示す概略構成図。
【図３】 第１の実施の形態の手術用観察装置の接眼鏡筒を示す概略構成図。
【図４】 第１の実施の形態の手術用観察装置の要部の概略構成図。
【図５】 第１の実施の形態における制御ユニットの接続状態を示す概略構成図。
【図６】 本発明の第２の実施の形態における手術用観察装置の鏡体部の支持機構を示す概略構成図。
【図７】 第２の実施の形態における手術用観察装置の接眼鏡筒の支持機構を示す概略構成図。
【図８】 第２の実施の形態における手術用観察装置の要部の概略構成図。
【図９】 本発明の第３の実施における形態の手術用観察装置の鏡体部の支持機構を示す概略構成図。
【図１０】 第３の実施の形態における手術用観察装置のヘッドマウントディスプレイの装着状態を示す概略構成図。
【図１１】 第３の実施の形態における手術用観察装置の要部の概略構成図。
【符号の説明】
２…操作アームユニット（支持手段）、１１…鏡体部、１２…接眼鏡筒（表示部）、１６…対物レンズ、１９ａ，１９ｂ…結像レンズ、２０ａ，２０ｂ…撮像素子（撮像手段）、２２ａ，２２ｂ…ディスプレイ（表示手段）、２５，７０…第１のスイッチ（動き制御手段）、２６，７１…第２のスイッチ（動き制御手段）、３３…フットスイッチ（動き制御手段）、５１…鏡体部支持機構（支持手段）、５２…接眼鏡筒支持機構（支持手段）。
【発明の属する技術分野】
本発明は、外科手術の際に使用され、微小物体を立体的にビデオ観察する手術用観察装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、外科手術の際に使用される手術用観察装置として例えば特開平３−３９７１１号公報には対物光学系が組込まれた対物鏡筒と、接眼光学系が組込まれた接眼鏡筒とが各々別体に設けられた構成の装置が示されている。
【０００３】
また、上記特開平３−３９７１１号公報、特開平４−１６６１４６号公報および東独特許ＤＤ２５９２６５Ａ１には対物光学系の結像部に撮像素子を設置するとともに、術者等の頭部に取り付けるヘッドマウントディスプレイを設け、対物光学系の撮像素子で撮像した映像を術者等の頭部のヘッドマウントディスプレイによって観察する構成の装置が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来構成の特開平３−３９７１１号公報の構成の装置では対物光学系が組込まれた対物鏡筒と、接眼光学系が組込まれた接眼鏡筒とが各々別体に設けられているので、この装置の使用時には術者は先ず対物鏡筒を観察位置に合わせた後、接眼鏡筒を所望の位置に動かして位置合わせする２回の位置合わせ作業が必要になる。そのため、使用前の装置の位置合わせ等のセッティング操作が二度手間になるので、操作性が悪い問題がある。
【０００５】
また、上記特開平３−３９７１１号公報、特開平４−１６６１４６号公報、及び東独特許ＤＤ２５９２６５Ａ１等に開示されているようなヘッドマウントディスプレイを使用する構成の観察装置では手術中、術者の頭部には常にディスプレイ等が装着されている状態で保持されるので、術者にとっては大変煩わしい問題がある。特に、術者が頭部にヘッドマウントディスプレイ等を装着した状態で長時間の手術を行う場合には術者の負担が一層大きくなる問題がある。
【０００６】
更に、上記各従来技術では、対物鏡筒と接眼鏡筒（ヘッドマウントディスプレイを含む）との間の相対的な位置関係を検出する手段が格別に設けられていないので、術者が観察視野を移動する操作が難しい問題がある。すなわち、上記各従来技術では、対物鏡筒と接眼鏡筒との位置関係が全く相関が取れていないため、術者が観察視野を移動する場合に対物鏡筒をどの方向に移動操作すれば所望の視野移動が行われるかを判断することが困難であり、手術の長時間化を招き、ひいては術者及び患者に対する負担を増大する問題がある。
【０００７】
また、接眼鏡筒を覗く際の観察方向と、実際の作業方向との相関も格別に取られていないため、観察者（術者）にとっては観察像の立体感が不自然に感じることがあり、術者の負担をさらに増大させる問題がある。
【０００８】
さらに、ヘッドマウントディスプレイを使用して手術する場合には、次のような問題もある。すなわち、ヘッドマウントディスプレイには処置部の周辺部位のみの狭い範囲の観察像が表示されている状態で保持されることが多いので、術者が手術作業中に術部全体の広範囲の視野を確認したり、鉗子等を交換する場合には、術者はヘッドマウントディスプレイと顔との間の隙間から広範囲の視野や、鉗子等の位置を確認するか、或いは術者以外の助手等の補助作業者が手動でヘッドマウントディスプレイの表示画面を直視モードに切り換えて確認する等の煩わしい作業が必要になる問題がある。
【０００９】
本発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的は、使用前の位置合わせ等のセッティング操作や、観察視野の移動時等の操作性が良く、術者の負担を軽減することができる手術用観察装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、対物レンズと結像レンズを有する光学系と、この光学系による観察像を撮像する撮像手段と、この撮像手段で撮像した観察像を表示する表示手段とを有する手術用観察装置において、前記光学系及び前記撮像手段が組込まれた鏡体部と、前記表示手段を有する表示部及び前記鏡体部を別体に支持する支持手段と、前記表示部の移動に伴い前記鏡体部を移動させる制御または前記表示部のみを移動させる制御を行う制御手段と、前記制御手段による制御を選択する信号を入力可能な入力手段と、を有することを特徴とする手術用観察装置である。
請求項２の発明は、前記入力手段は前記表示部に設けられていることを特徴とする請求項１記載の手術用観察装置である。
請求項３の発明は、前記支持手段は、前記鏡体部を支持する鏡体部支持手段と、前記鏡体部支持手段の一部を共有して前記表示部を支持する表示部支持手段と、を有していることを特徴とする請求項１記載の手術用観察装置である。
請求項４の発明は、前記支持手段は前記鏡体部を移動可能に支持する鏡体部支持手段及び前記鏡体部支持手段と独立し前記表示部を移動可能に支持する表示部支持手段とからなり、前記表示部支持手段に設けられた表示部の位置を検出可能な位置検出手段と、前記位置検出手段の出力に応じ、前記表示部の移動量に応じて前記鏡体部の移動を行うように前記鏡体部支持手段を駆動制御可能な演算手段と、を更に有することを特徴とする請求項１記載の手術用観察装置である。
請求項５の発明は、前記位置検出手段は前記鏡体部と前記表示部の相対的位置を判別するための測定手段を有していることを特徴とする請求項４記載の手術用観察装置である。
【００１１】
そして、上記構成により、鏡体部と、表示部とをそれぞれ相対的に移動させることにより、視野移動のために鏡体部を動かしても術者の観察位置及びアイポイントが変わらないようにしたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態を図１乃至図５を参照して説明する。図１は本実施の形態の手術用観察装置全体の概略構成を示すものである。この手術用観察装置には移動可能な架台１が設けられている。この架台１の上端には操作アームユニット（支持手段）２が装着されている。
【００１３】
この操作アームユニット２には複数の操作アーム、本実施の形態では５つのアーム３〜７が設けられている。ここで、第１アーム３の一端部は架台１の上端に鉛直方向の軸ａを中心に回動可能に取り付けられている。さらに、第１アーム３の他端部には連結部材８を介して第２アーム４の一端部が鉛直方向の軸ｂ及び水平方向の軸ｃを中心に回動可能に取り付けられている。
【００１４】
また、第２アーム４の他端部には連結部材９の上端部が鉛直方向の軸ｄを中心に回動可能に取り付けられている。この連結部材９の下端部にはＸＹ駆動装置１０が取り付けられている。このＸＹ駆動装置１０には軸ｄと直交する平面上で直交する２方向、すなわちＸ方向およびＹ方向にそれぞれ駆動される図示しない可動部が設けられている。そして、このＸＹ駆動装置１０の図示しない可動部には第３アーム５を介して鏡体部１１が取り付けられている。そのため、鏡体部１１は３次元空間の所望の位置に設定することができる。
【００１５】
また、連結部材９には第４アーム６の一端部が取り付けられている。この第４アーム６の他端部には第５アーム７の一端部が軸ｅを中心に回動可能に取り付けられている。さらに、第５アーム７の他端部には接眼鏡筒（表示部）１２が軸ｆを中心に回動可能に取り付けられている。そのため、接眼鏡筒１２は鏡体部１１に対して相対的に移動可能に支持されている。
【００１６】
また、手術用観察装置の鏡体部１１には図２に示すように鏡筒１３が設けられている。この鏡筒１３の内部には左右の観察光路１４，１５と、左右の観察光路１４，１５に共通の対物レンズ１６とが設けられている。ここで、対物レンズ１６は鏡筒１３内の最下端位置に配置されている。
【００１７】
さらに、左側の観察光路１４にはズーム（変倍）光学系１７ａ、絞り機構１８ａ、結像レンズ１９ａおよび撮像素子（撮像手段）２０ａが対物レンズ１６側から順次配設されている。同様に、右側の観察光路１５にはズーム光学系１７ｂ、絞り機構１８ｂ、結像レンズ１９ｂおよび撮像素子２０ｂが対物レンズ１６側から順次配設されている。これにより、鏡筒１３の内部に立体撮像光学系が構成されている。なお、鏡筒１３の内部には照明光学系２１（図４に示す）が装着されている。
【００１８】
また、手術用観察装置の接眼鏡筒１２には図３に示すように左右一対のディスプレイ（表示手段）２２ａ，２２ｂが内蔵されているとともに、左右一対の接眼レンズ２３ａ，２３ｂが配設されている。ここで、左側の接眼レンズ２３ａの光軸上には左側のディスプレイ２２ａ、右側の接眼レンズ２３ｂの光軸上には右側のディスプレイ２２ｂがそれぞれ配設されている。
【００１９】
さらに、この接眼鏡筒１２の外面には手掴み用のグリップ２４が取り付けられている。このグリップ２４には鏡体部１１の移動機構部のロック状態と、ロック解除状態とを切換える押しボタンである第１のスイッチ２５及び接眼鏡筒１２の移動機構部のロック状態と、ロック解除状態とを切換える押しボタンである第２のスイッチ２６がそれぞれ設けられている。
【００２０】
また、第１のスイッチ２５及び第２のスイッチ２６は図５に示すように電磁ブレーキ制御部２７に接続されている。この電磁ブレーキ制御部２７は架台１に内蔵された制御ユニット２８に設けられている。さらに、電磁ブレーキ制御部２７には操作アームユニット２の軸ａ、軸ｂ、軸ｃ、軸ｄ、軸ｅ、及び軸ｆにそれぞれ内蔵された電磁ブレーキ２９が接続されている。
【００２１】
また、鏡体部１１内の一対の撮像素子２０ａ，２０ｂは図４に示すように左右のプロセッサ３０ａ，３０ｂにそれぞれ接続されている。さらに、左側のプロセッサ３０ａは左側のディスプレイ２２ａに、また右側のプロセッサ３０ｂは右側のディスプレイ２２ｂにそれぞれ接続されている。ここで、左右のプロセッサ３０ａ，３０ｂはそれぞれ接続された撮像素子２０ａ，２０ｂの図示しない駆動回路、図示しない映像信号生成回路、及びこの映像信号生成回路からの映像信号に従い輝度レベルを算出する図示しない輝度算出回路で構成されている。
【００２２】
また、左右のプロセッサ３０ａ，３０ｂは架台１に取り付けられた光源３１にそれぞれ接続されている。この光源３１には図示しない光量調整手段が内蔵されている。そして、左右のプロセッサ３０ａ，３０ｂからは光量調整手段に対して輝度信号を出力するようになっている。
【００２３】
さらに、光源３１には図示しない集光光学系が内蔵されている。この集光光学系の集光点にはライトガイド３２の入射端面が設置されている。このライトガイド３２の出射端は鏡体部１１の照明光学系２１に接続されている。
【００２４】
また、架台１にはフットスイッチ（動き制御手段）３３が接続されている。このフットスイッチ３３にはジョイスティックスイッチ３４、フォーカス（照準）スイッチ３５及びズーム（変倍）スイッチ３６がそれぞれ設けられている。
【００２５】
さらに、架台１に内蔵された制御ユニット２８には視野移動制御部３７、フォーカス（照準）制御部３８及びズーム（変倍）制御部３９がそれぞれ設けられている。ここで、視野移動制御部３７にはフットスイッチ３３のジョイスティックスイッチ３４と、鏡体部１１をＸＹ平面上で移動するＸＹ駆動装置１０とがそれぞれ接続されている。また、フォーカス制御部３８にはフットスイッチ３３のフォーカススイッチ３５と、撮像素子２０ａ，２０ｂに結像される観察像のフォーカス位置を調整するフォーカス調整手段４１とがそれぞれ接続されている。さらに、ズーム制御部３９にはフットスイッチ３３のズームスイッチ３６と、鏡体部１１内のズーム光学系１７ａ，１７ｂの図示しないレンズ群を駆動して撮像素子２０ａ，２０ｂに結像される観察像の拡大率を調整するズーム調整手段４２とがそれぞれ接続されている。
【００２６】
次に、上記構成の手術用観察装置の作用について説明する。本実施の形態の手術用観察装置の使用時には、まず、鏡体部１１及び接眼鏡筒１２を手術に適した位置に移動させる使用前のセッティング操作が行われる。ここで、術部を観察するのに適した位置に鏡体部１１を移動する作業時には接眼鏡筒１２のグリップ２４の第１のスイッチ２５がオン操作される。これにより、第１アーム３及び第２アーム４の各軸ａ〜ｄに設けられた各電磁ブレーキ２９がフリーになるので、術者は鏡体部１１を３次元空間の所望の位置に移動することができる。
【００２７】
次に、術者が観察するために適した位置に接眼鏡筒１２を移動する作業が行なわれる。この作業時には接眼鏡筒１２のグリップ２４の第２のスイッチ２６がオン操作される。これにより、第４アーム６及び第５アーム７の各軸ｅ、ｆに設けられた各電磁ブレーキ２９がフリーになるので、術者は接眼鏡筒１２を鏡体部１１に対して所望の距離及び高さに移動した位置に設定することができる。
【００２８】
このように鏡体部１１及び接眼鏡筒１２のセッティング操作の終了後、本実施の形態の手術用観察装置による術部の観察が行われる。この場合には、光源３１が点灯される。この光源３１から出射される照明光は図示しない集光光学系によりライトガイド３２の入射端面に集光される。さらに、ライトガイド３２を通して伝送された照明光は鏡体部１１の鏡筒１３内の照明光学系２１に入射される。そして、この照明光学系２１から外部に照射される照明光によって術部が均一に照明される。
【００２９】
このとき、術部から反射された反射光は対物レンズ１６により集光され、左右の観察光路１４，１５に観察像が入射される。そして、左側の観察光路１４に入射された入射光はズーム光学系１７ａおよび絞り機構１８ａを経て結像レンズ１９ａ側に導かれ、この結像レンズ１９ａにより撮像素子２０ａの撮像面に左側の観察像が結像される。同様に、右側の観察光路１５に入射された入射光はズーム光学系１７ｂおよび絞り機構１８ｂを経て結像レンズ１９ｂ側に導かれ、この結像レンズ１９ｂにより撮像素子２０ｂの撮像面に右側の観察像が結像される。
【００３０】
さらに、鏡体部１１内の一対の撮像素子２０ａ，２０ｂの撮像面で結像された光学像は、左右の各撮像素子２０ａ，２０ｂにより電気信号に変換され、左右のプロセッサ３０ａ，３０ｂにそれぞれ伝達される。このとき、左右のプロセッサ３０ａ，３０ｂによって撮像素子２０ａ，２０ｂからの電気信号が映像信号に変換される。そして、左側のプロセッサ３０ａから出力される映像信号は左側のディスプレイ２２ａに入力され、同様に右側のプロセッサ３０ｂから出力される映像信号は右側のディスプレイ２２ｂに入力される。
【００３１】
従って、左右のディスプレイ２２ａ，２２ｂには術部の左右の映像がそれぞれ表示されるので、術者は左右のディスプレイ２２ａ，２２ｂの表示映像を左右の接眼レンズ２３ａ，２３ｂにより拡大して観察することができる。また、術者は一対のディスプレイ２２ａ，２２ｂの映像を左右の目で各々観察することにより、術部の映像を立体的に認識することができる。すなわち、術者は接眼鏡筒１２の左右の接眼レンズ２３ａ，２３ｂを覗き込むことにより、術部の立体映像を認識することができる。
【００３２】
また、術部の観察中に術者が術部の映像の視野移動・フォーカス（照準）調整及びズーム（変倍）調整等の作業を行いたい場合には、フットスイッチ３３のジョイスティックスイッチ３４・フォーカススイッチ３５及びズームスイッチ３６がそれぞれ操作される。これにより、所望の観察視野・フォーカス調整・観察倍率を選択することが可能である。
【００３３】
さらに、術者が視野を大きく移動したい場合には、グリップ２４の第１のスイッチ２５がオン操作される。これにより、操作アームユニット２の軸ａ〜軸ｄの各電磁ブレーキがフリーになるため、第１アーム３及び第２アーム４を大きく移動することができるので、第１アーム３及び第２アーム４の移動にともない観察視野を容易に大きく移動することができる。
【００３４】
また、光源３１に内蔵された図示しない光量調整手段に対して左右のプロセッサ３０ａ，３０ｂから図示しない輝度算出回路により輝度信号が出力されている。そして、左右のプロセッサ３０ａ，３０ｂから出力される輝度信号に対して最適な光量になるように光量調整手段により光源３１が制御される。
【００３５】
そこで、上記構成のものにあっては次の効果を奏する。すなわち、本実施の形態では、架台１の上の操作アームユニット２によって接眼鏡筒１２を鏡体部１１に対して相対的に移動可能に支持させたので、術者の任意の観察位置で術部の立体観察が可能となる。そのため、ヘッドマウントディスプレイを使用する場合のようにモニターを術者の頭部に装着する必要がないので、術者に対する負担が大幅に軽減される。
【００３６】
また、撮像手段である鏡体部１１と観察手段である接眼鏡筒１２とが各々独立して操作可能であり、自由度も高いため、術者の体格によらず楽な姿勢で観察を行うことができる。
【００３７】
更に、鏡体部１１による観察位置を変更する場合、ＸＹ駆動装置１０を用いることにより、撮像手段である鏡体部１１のみを接眼鏡筒１２とは独立して移動することが可能であるため、術者は接眼鏡筒１２による観察位置を変えることなく術部の視野移動が可能である。
【００３８】
更に、本実施の形態によれば、観察像の明るさを光源３１の光量により調整しているため、絞り調整による焦点深度の変化がなく、画質も最適な状態に保たれ、非常に観察しやすい立体像を得ることができる。そのため、術者は観察において負担が少ない。
【００３９】
なお、本実施の形態では、観察像の明るさを光源３１の光量により調整しているが、撮像手段である鏡体部１１の撮像素子２０ａ，２０ｂの感度を調整して観察像の明るさを調整しても良い。同様に、プロセッサ３０ａ，３０ｂによる映像信号の輝度レベルを一定に保つ増幅回路、即ちオートゲインコントロール回路を用いても良い。この場合、感度を上げると観察像が劣化するため、一定のレベル以上の感度アップが必要な場合には自動的に撮像光学系の絞り１８ａ，１８ｂを開ける手段を設けても良い。
【００４０】
この変形例によると、光源３１の光量を調整する場合に比べ、比較的安価で容易に実現可能である。また、応答速度を考慮すると、反応が早いため、観察時の明るさ調整による違和感が生じない。
【００４１】
また、眼科における手術のように術部に大きな光量を与えると網膜障害等のおそれがある場合には、光量に一定の上限値を設けておき、上限値を越える程度の光量が必要となった場合に自動的に鏡体部１１に内蔵されている絞り１８ａ，１８ｂを開き、光量を上限値以下にするような機構を設けても良い。
【００４２】
この変形例によると、一定以上の光量が患部に照射されるおそれがないため、特に眼科のように大きな光量を与えると問題があるような症例に適用する場合にも安全である。
【００４３】
さらに、本実施の形態では鏡体部１１に内蔵されている絞り１８ａ，１８ｂを一定に保ち、観察像の焦点深度を変えないようにする手段を述べたが、脳神経外科における手術のように高倍観察の多い場合は、観察倍率が高くなるに従って撮像光学系の絞り１８ａ，１８ｂを閉じ、焦点深度を深くするような構成としても良い。この変形例によると、術者は高倍観察時でも焦点深度の深い観察し易い像を得ることができる。
【００４４】
また、図６乃至図８は本発明の第２の実施の形態を示すものである。本実施の形態の手術用観察装置は図６に示すように第１の実施の形態の撮像手段である鏡体部１１を支持する鏡体部支持機構（支持手段）５１と、図７に示すように観察手段である接眼鏡筒１２を支持する接眼鏡筒支持機構（支持手段）５２とをそれぞれ独立に設けたものである。なお、図６乃至図８中で、第１の実施の形態（図１乃至図５）と同一部分には、同じ番号を付してその説明を省略する。
【００４５】
本実施の形態の鏡体部支持機構５１には図６に示すように移動可能な架台５３が設けられている。この架台５３の上端には第１の操作アームユニット５４が装着されている。
【００４６】
この第１の操作アームユニット５４には複数の操作アーム、本実施の形態では３つのアーム５５〜５７が設けられている。ここで、第１アーム５５の一端部は架台５３の上端に鉛直方向の軸ａを中心に回動可能に取り付けられている。さらに、第１アーム５５の他端部には連結部材５８を介して第２アーム５６の一端部が鉛直方向の軸ｂ及び図６の紙面に垂直な水平方向の軸ｃを中心に回動可能に取り付けられている。
【００４７】
また、第２アーム５６の他端には第３アーム５７の一端が図６の紙面に垂直な水平方向の軸ｄを中心に回動可能に取り付けられている。さらに、第３アーム５７の他端には第１の実施の形態と同様の構成の鏡体部１１が図６の紙面に垂直な水平方向の軸ｅを中心に回動可能に取り付けられている。
【００４８】
なお、第１アーム５５、第２アーム５６、第３アーム５７及び鏡体部１１は、図示しないバランス機構により概略のバランスが取られている。さらに、第１の操作アームユニット５４の各軸ａ〜ｅには図８に示す駆動モーター５９ａ〜５９ｅ及び図示しないスリップ機構が内蔵されている。
【００４９】
また、鏡体部１１には第１の実施の形態と同様にライトガイド３２の一端部が取り付けられている。このライトガイド３２の他端部は架台５３に設置された光源３１に接続されている。
【００５０】
さらに、架台５３には第１の実施の形態と同一構成のフットスイッチ３３が同様に接続されている。このフットスイッチ３３にはジョイスティックスイッチ３４、フォーカス（照準）スイッチ３５及びズーム（変倍）スイッチ３６がそれぞれ設けられている。
【００５１】
また、接眼鏡筒支持機構５２には図７に示すように床に設置されたベット６０に固定されるベース部材６１が設けられている。このベース部材６１の上端には第２の操作アームユニット６２が装着されている。
【００５２】
この第２の操作アームユニット６２には複数の操作アーム、本実施の形態では５つのアーム６３〜６７が設けられている。ここで、第１アーム６３の下端部はベース部材６１の上端に鉛直方向の軸ｆを中心に回動可能に連結されている。さらに、第１アーム６３の上端部には第２アーム６４の一端が図７の紙面に垂直な水平方向の軸ｇを中心に回動可能に取り付けられている。この第２アーム６４の他端には第３アーム６５の一端が図７の紙面に垂直な水平方向の軸ｈを中心に回動可能に接続されている。
【００５３】
更に、第３アーム６５の他端には第４アーム６６の一端が図７の紙面に垂直な水平方向の軸ｉを中心に回動可能に取り付けられている。この第４アーム６６の他端には第５アーム６７の一端が鉛直方向の軸ｊを中心に回動可能に取り付けられている。また、第５アーム６７の他端には第１の実施の形態と同様の構成の接眼鏡筒１２が水平方向の軸ｋを中心に回動可能に取り付けられている。
【００５４】
なお、第１アーム６３、第２アーム６４、第３アーム６５、第４アーム６６、第５アーム６７及び接眼鏡筒１２は、各々図示しないバランス機構により概略のバランスが取られている。さらに、第２の操作アームユニット６２の各軸ｆ〜ｋには各々図８に示す電磁ブレーキ６８ｆ〜６８ｋ及びエンコーダー６９ｆ〜６９ｋが内蔵されている。
【００５５】
また、接眼鏡筒１２に連結されたグリップ２４には第１のスイッチ７０及び第２のスイッチ７１がそれぞれ設けられている。
また、図８に示すように第１の操作アームユニット５４の各軸ａ〜ｅに内蔵されている駆動モーター５９ａ〜５９ｅは架台５３に内蔵されたモーター制御部７２に各々接続されている。このモーター制御部７２は架台５３に内蔵された演算部７３に接続されている。
【００５６】
さらに、この演算部７３にはフットスイッチ３３のジョイスティックスイッチ３４、第２の操作アームユニット６２の各軸ｆ〜ｋに内蔵されているエンコーダー６９ｆ〜６９ｋ，グリップ２４の第１のスイッチ７０，および架台５３に内蔵されたブレーキ駆動部７４がそれぞれ接続されている。また、ブレーキ駆動部７４には第２の操作アームユニット６２の各軸ｆ〜ｋに内蔵されている電磁ブレーキ６８ｆ〜６８ｋが接続されているとともに、グリップ２４の第１のスイッチ７０及び第２のスイッチ７１が接続されている。
【００５７】
次に、上記構成の本実施の形態の手術用観察装置の作用について説明する。本実施の形態の手術用観察装置の使用時には次の操作が行われる。はじめに術者は、鏡体部１１に力を加えて鏡体部１１を所望の位置に移動させ、術部を観察するのに適した位置に鏡体部１１を大まかにセッティングする。このとき、鏡体部１１を支持している第１の操作アームユニット５４の各軸ａ〜ｅのスリップ機構がスリップすることにより、第１の操作アームユニット５４の各アーム５５〜５７を鏡体部１１の移動に追従させて移動させることができる。
【００５８】
また、鏡体部１１の大まかなセッティング後、続いてこの鏡体部１１の詳細な位置合わせ及び観察倍率の設定が行われる。この作業は接眼鏡筒１２または図示しないＴＶモニターを観察しながら、フットスイッチ３３の各スイッチ３４、３５、３６を操作することにより行われる。すなわち、ジョイスティックスイッチ３４を操作することにより、第１の操作アームユニット５４の各軸ａ〜ｅに内蔵されたモーター５９ａ〜５９ｅが駆動され、術者が所望する任意の位置に鏡体部１１が移動される。この後、フォーカススイッチ３５を操作することにより、鏡体部１１に内蔵された図示しない照準機構が駆動され、観察点に照準が合わされる。更に、ズームスイッチ３６を操作することにより、術者の所望の観察倍率に設定される。
【００５９】
また、術者がグリップ２４の第２のスイッチ７１を操作することにより、ブレーキ駆動部７４にスイッチ信号が伝達され、第２の操作アームユニット６２の各軸ｆ〜ｋの電磁ブレーキ６８ｆ〜６８ｋが解除される。従って、術者はグリップ２４を持った状態で、グリップ２４の第２のスイッチ７１を操作しながら観察鏡筒１２を観察し易い所望の位置に移動し、設置することができる。このとき、術者が第２のスイッチ７１から手を離すと、自動的に電磁ブレーキ６８ｆ〜６８ｋがロックされ、観察鏡筒１２はその位置に確実に固定される。
【００６０】
次に、術者が鏡体部１１を移動操作する場合には、グリップ２４の第１のスイッチ７０を操作する。この場合にはブレーキ駆動部７４にスイッチ信号が伝達され、電磁ブレーキ６８ｆ〜６８ｋが解除される。同時に、このスイッチ信号は演算部７３にも伝達され、エンコーダー６９ｆ〜６９ｋの値が演算部７３に入力される。
【００６１】
この状態で、術者がグリップ２４を操作して観察鏡筒１２を移動すると、演算部７３はエンコーダー６９ｆ〜６９ｋの値より観察鏡筒１２を支持する第２の操作アームユニット６２の各軸ｆ〜ｋの回転量が演算され、観察鏡筒１２がどの方向にどれだけ移動したかが算出される。この結果より、演算部７３は鏡体部１１を観察鏡筒１２の観察方向に合わせるようにどれだけ第１の操作アームユニット５４のアーム５５〜５７を移動すれば良いかを演算する。
【００６２】
さらに、この演算結果をもとに、演算部７３からはモーター制御部７２にモーター駆動信号が出力される。このとき、モーター制御部７２は、モーター駆動信号をもとに第１の操作アームユニット５４の各軸ａ〜ｅに内蔵されたモーター５９ａ〜５９ｅを駆動して、鏡体部１１を術者の任意の位置に移動する。
【００６３】
また、術者が観察鏡筒１２の位置だけを変更したい場合には、グリップ２４の第２のスイッチ７１を操作することにより、観察鏡筒１２の位置のみを変更することができる。
【００６４】
そこで、上記構成のものにあっては次の効果を奏する。すなわち、本実施の形態では、第１の実施の形態の撮像手段である鏡体部１１を支持する鏡体部支持機構５１と、図７に示すように観察手段である接眼鏡筒１２を支持する接眼鏡筒支持機構５２とをそれぞれ独立に設け、接眼鏡筒１２を鏡体部１１に対して相対的に移動可能に支持させたので、第１の実施の形態と同様に術者の任意の観察位置で術部の立体観察が可能となる。そのため、視野移動のために鏡体部１１を動かしても術者の観察位置及びアイポイントが変わらないので、術者の楽な姿勢で手術を行うことができ、術者の疲労を大幅に軽減することができる。
【００６５】
さらに、ヘッドマウントディスプレイを使用する場合のようにモニターを術者の頭部に装着する必要がないので、術者に対する負担が大幅に軽減される。したがって、手術が効率的に行えるため、手術時間の短縮により患者の負担も大幅に軽減することができる。
【００６６】
また、術者は観察鏡筒１２のみの移動及び観察鏡筒１２に連動して鏡体部１１を移動する操作を適宜選択することができるので、操作性が高く、観察の自由度も高い立体観察手術装置を提供することができる。
【００６７】
また、図９乃至図１１は本発明の第３の実施の形態を示すものである。本実施の形態の手術用観察装置は図９に示すように第２の実施の形態と同様に第１の実施の形態の撮像手段である鏡体部１１を支持する鏡体部支持機構８１を設けるとともに、観察手段として図１０に示すように術者８２の頭部に装着するヘッドマウントディスプレイ８３を設けたものである。なお、図９乃至図１１中で、第１の実施の形態（図１乃至図５）及び第２の実施の形態（図６乃至図８）と同一部分には、同じ番号を付してその説明を省略する。
【００６８】
本実施の形態の鏡体部支持機構８１には図９に示すように移動可能な架台８４が設けられている。この架台８４の上端には操作アームユニット８５が装着されている。
【００６９】
この操作アームユニット８５には複数の操作アーム、本実施の形態では３つのアーム８６〜８８が設けられている。ここで、第１アーム８６の一端部は架台８４の上端に鉛直方向の軸ａを中心に回動可能に取り付けられている。さらに、第１アーム８６の他端部には連結部材８９を介して第２アーム８７の一端部が鉛直方向の軸ｂ及び図９の紙面に垂直な水平方向の軸ｃを中心に回動可能に取り付けられている。
【００７０】
また、第２アーム８７の他端部には連結部材９０の上端部が鉛直方向の軸ｄを中心に回動可能に取り付けられている。この連結部材９０の下端部にはＸＹ駆動装置９１が取り付けられている。このＸＹ駆動装置９１には軸ｄと直交する平面上で直交する２方向、すなわちＸ方向およびＹ方向にそれぞれ駆動される図示しない可動部が設けられている。そして、このＸＹ駆動装置９１の図示しない可動部には第３アーム８８を介して鏡体部１１が取り付けられている。そのため、鏡体部１１は３次元空間の所望の位置に設定することができる。
【００７１】
また、鏡体部１１には照明光学系２１（図４参照）が装着されているとともに、左右の超音波受信機９２，９３が設置されている。そして、照明光学系２１にはライトガイド９４の出射端が接続されている。さらに、ライトガイド９４の入射端は架台８４に取り付けられた光源９５に接続されている。
【００７２】
また、ヘッドマウントディスプレイ８３には図１０に示すように左右一対のディスプレイ９６，９６、各ディスプレイ９６，９６の前方に離間対向配置された固定ミラー９７，９７および術者８２の左右の目９８，９８の前方に離間対向配置された可動ミラー９９，９９がそれぞれ設けられている。ここで、ヘッドマウントディスプレイ８３の本体１００には術者８２の左右の目９８，９８と可動ミラー９９，９９との間を結ぶ直線上に窓１０１が設けられている。
【００７３】
さらに、左右の可動ミラー９９は軸ｈを中心に回動可能に取り付けられている。なお、軸ｈには図１１の示すロータリーソレノイド１０２が取り付けられている。そして、このロータリーソレノイド１０２によって左右の可動ミラー９９が図１１中に実線で示すように術者８２の左右の目９８，９８の前面に配置された使用位置と、同図中に点線で示すように術者８２の左右の目９８，９８の前面から外れた位置に退避させた配置された非使用位置とに回動されるようになっている。
【００７４】
また、このヘッドマウントディスプレイ８３の本体１００の前面上部の中心部には超音波信号を発信する超音波発信機１０３が設置されている。そして、この超音波発信機１０３から発信された超音波が鏡体部１１の左右の超音波受信機９２，９３に受信されるようになっている。
【００７５】
また、鏡体部１１の左右の超音波受信機９２，９３は図１１に示すように演算部１０４に接続されている。この演算部１０４は制御部１０５に接続されている。さらに、制御部１０５にはヘッドマウントディスプレイ８３に内蔵されたロータリーソレノイド１０２及びＸＹ駆動装置９１がそれぞれ接続されている。
【００７６】
次に、上記構成の本実施の形態の手術用観察装置の作用について説明する。本実施の形態の手術用観察装置の使用時には術者８２の頭部にヘッドマウントディスプレイ８３が装着される。この状態で、ヘッドマウントディスプレイ８３の超音波発信機１０３からは超音波が出力される。
【００７７】
この超音波発信機１０３から出力された超音波は鏡体部１１の左右の超音波受信機９２，９３に受信される。このとき、超音波受信機９２，９３は受信した超音波を演算部１０４に入力される。この演算部１０４では位相のズレから図１１に示すように発信機１０３と左側の受信機９２との間の距離Ｌ1 と、発信機１０３と右側の受信機９３との間の距離Ｌ2 と、および発信機１０３を中心とする左右の超音波受信機９２，９３間のなす角θとがそれぞれ演算される。
【００７８】
このとき、演算部１０４で演算された値が、
Ｌ1 ＞Ｌmax かつ Ｌ2 ＞Ｌmax
である場合は、θの値に関係なく制御部１０５にロータリーソレノイド１０２を駆動する信号が出力される。そのため、左右の可動ミラー９９，９９は図１０中に点線で示す非使用位置に設定される。この状態では術者８２は、ヘッドマウントディスプレイ８３の窓１０１から肉眼像を得ることができる。そして、術者８２は、この状態で鏡体部１１を術部の適切な位置に移動する。
【００７９】
次に、術者８２が鏡体部１１に接近し、
Ｌmax ＞Ｌ1 かつ Ｌmax ＞Ｌ2 かつ θ＞θmin
の状態になると、演算部１０４からは制御部１０５にロータリーソレノイド１０２の駆動を停止する信号が出力される。そのため、左右の可動ミラー９９，９９は図１０中に実線で示す使用位置に設定される。このとき、鏡体部１１の一対の撮像素子２０ａ，２０ｂ（図２参照）で撮像された術部の観察像は左右のディスプレイ９６，９６に表示されている。そのため、術者８２は、左右のディスプレイ９６，９６に表示されている術部の観察像の映像を固定ミラー９７，９７及び可動ミラー９９，９９を介して観察することにより、術部の立体映像を観察することができる。
【００８０】
また、例えば術者８２が横を向き、鏡体部１１の左右の超音波受信機９２，９３に受信される超音波のエネルギーが低くなった場合には、演算部１０４はＬ1 ・Ｌ2 の値に関係なく制御部１０５にロータリーソレノイド１０２を駆動する信号を出力する。従って、この場合には術者８２はヘッドマウントディスプレイ８３の窓１０１から肉眼像を得ることができる。
術者８２はこの状態で鉗子の交換等を行う。
【００８１】
また、例えば術者８２が体を前方向に動かし、
Ｌmin ＞Ｌ1 または Ｌmin ＞Ｌ2
の状態になった場合には、θの値に関係なく制御部１０５にロータリーソレノイド１０２を駆動する信号が出力される。この場合には、術者８２はヘッドマウントディスプレイ８３の窓１０１から肉眼像を目視させることにより、鏡体部１１に接近しすぎている状態を知らせることができる。
【００８２】
更に、術者が前後左右に体を動かし、
Ｌ1 ：Ｌ2 ≒１ かつ Ｌmin ＜Ｌ1 ＜Ｌshort
の状態になった場合には、ＸＹ駆動装置９１の可動部を術者８２からみて前方へ駆動する。
【００８３】
逆に、
Ｌ1 ：Ｌ2 ≒１ かつ Ｌmax ＞Ｌ1 ＜Ｌlong
の状態になった場合には、ＸＹ駆動装置９１の可動部を術者８２からみて後方へ駆動する。
【００８４】
更に、左右のディスプレイ９６，９６に術部の立体像が表示されている条件で、
Ｌ1 ／Ｌ2
があらかじめ設定された値よりも大きい場合には、ＸＹ駆動装置９１の可動部を術者８２からみて右方向に駆動する。
【００８５】
逆に、
Ｌ2 ／Ｌ1
があらかじめ設定された値よりも大きい場合には、ＸＹ駆動装置９１の可動部を術者８２からみて左方向に駆動する。
【００８６】
なお、これまでに示したＬmax ，Ｌmin ，Ｌshort ，Ｌlong，θmin の値は、あらかじめ設定された値であり、使用者が以下の条件下で任意に設定しても良い。
Ｌmax ＞Ｌlong＞Ｌshort ＞Ｌmin
また、実際にＸＹ駆動装置９１を駆動する前に、左右のディスプレイ９６，９６上に駆動方向をスーパーインポーズさせて、術者８２に駆動方向を表示しても良い。
【００８７】
このように本実施の形態によれば、術者８２がヘッドマウントディスプレイ８３を頭部に装着した状態でも、手術を行う態勢以外では外部の状況が把握できるため、スムーズに手術を行うことができる。そのため、手術時間の短縮が可能であるので、術者８２及び患者に対する負担が大幅に軽減される。
【００８８】
さらに、鉗子等を選択する場合も、首を横に振るだけで容易に確認が可能であるため、手術の中断も最低限に押さえられる。また、本実施の形態では、ＸＹ駆動装置９１との同調も行っているため、術者８２の頭の動きのみでＸＹ駆動装置９１の操作入力が可能であり、操作入力の手間が大幅に簡略化される。
【００８９】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施できることは勿論である。
次に、本出願の他の特徴的な技術事項を下記の通り付記する。
【００９０】
記
（付記項１） 対物レンズと結像レンズを有する光学系と、この光学系による像を少なくとも一つの撮像素子で撮像する撮像手段と、この撮像手段で撮像した像を表示する像表示手段とを有する手術用観察装置において、前記光学系及び前記撮像手段を有する鏡体部と、この鏡体部とは別体に設けられた前記像表示手段を有する表示部と、前記鏡体部と前記表示部とのうち少なくとも一方の動きを任意に制御する動き制御手段と、を具備したことを特徴とする手術用観察装置。
【００９１】
（付記項２） 付記項１記載の手術用観察装置であって、前記光学系の光束、及び撮像素子の数は複数個であり、立体観察が可能であることを特徴とする手術用観察装置。
【００９２】
（付記項３） 付記項１記載の手術用観察装置であって、前記制御部は、前記鏡体部または前記表示部の移動方向、及び向きを指示する入力手段を有することを特徴とする手術用観察装置。
【００９３】
（付記項４） 対物レンズと結像レンズを有する光学系と、この光学系による像を少なくとも一つの撮像素子で撮像する撮像手段と、この撮像手段で撮像した像を表示する像表示手段とを有する手術用観察装置において、前記撮像手段での像の明るさを、所定の明るさにする明るさ調整手段を具備したことを特徴とする手術用観察装置。
【００９４】
（付記項５） 付記項４記載の手術用観察装置であって、前記明るさ調整手段は、前記撮像手段での像の明るさを検出する明るさ検出手段と、この明るさ検出手段からの信号に基づいて、光源の光量を調節する光量調節手段とからなることを特徴とする手術用観察装置。
【００９５】
（付記項６） 付記項４、または付記項５記載の手術用観察装置であって、前記光学系の瞳位置には、絞り径可変の明るさ絞りが設けられていることを特徴とする手術用観察装置。
【００９６】
（付記項４〜６の従来技術） 従来技術のように術者が接眼鏡筒のディスプレイ画面を観察する観察装置においては、観察像の焦点深度は対物光学系に設けられた絞りによって決定される。しかしながら、光学観察と同様に観察光量の調整を絞りによって行う場合には観察光量の調整操作に連動して観察像の焦点深度も変化する問題があるため、観察部位の変更に応じて観察光量を調整する度に焦点深度も変化することとになり、非常に観察しにくくなる問題がある。
【００９７】
（付記項４〜６の目的） 術者が焦点深度等に対する違和感がなく使用できる手術用観察装置を提供することにある。
（付記項７） 複数の光束を有する光学系と、該複数の光束を一つ又は複数の撮像素子で撮像する撮像手段と、観察者の左右の眼に対応する各々の光束の撮影像を供給する表示手段とからなる手術用観察装置において、前記光学系及び前記撮像素子を内蔵する撮影部と前記表示手段を内蔵する表示部とが別体に設けられており、入力手段により前記撮影部及び前記表示部が一体又は別体に位置操作できる制御部を有したことを特徴とする手術用観察装置。
【００９８】
（付記項８） 前記入力手段は、前記表示部に設けられていることを特徴とする付記項７に記載の手術用観察装置。
（付記項９） 前記撮影部の支持手段と前記表示部の支持手段は、一部を共有していることを特徴とする付記項７に記載の手術用観察装置。
【００９９】
（付記項１０） 前記撮影部の支持手段と前記表示部の支持手段は独立しており、前記表示部の支持手段に設けられた位置検出手段の出力に応じて、前記撮影部の支持手段を駆動する制御部を有したことを特徴とする付記項７に記載の手術用観察装置。
【０１００】
（付記項１１） 前記表示部は、ヘッドマウントディスプレイ又はフェイスマウントディスプレイであることを特徴とする付記項７に記載の手術用観察装置。
（付記項１２） 前記撮影部と前記表示部の相対位置を判別するための測定手段を備えたことを特徴とする付記項７に記載の手術用観察装置。
【０１０１】
（付記項１３） 前記測定手段は、超音波を用いることを特徴とする付記項１２に記載の手術用観察装置。
（付記項１４） 複数の光束を有する光学系と、該光学系の瞳位置に設けられた絞り径可変の明るさ絞りと、前記複数の光束を一つ又は複数の撮像素子で撮像する撮像手段と、観察者の左右の眼に対応する各々の光束の撮影像を供給する表示手段とからなる手術用観察装置において、前記明るさ絞りの絞り径によらず前記撮像手段により適正な明るさの映像信号が得られるべく調整手段を有することを特徴とする手術用観察装置。
【０１０２】
（付記項１５） 前記調整手段は映像信号の輝度レベルを一定に保つ増幅回路であることを特徴とする付記項１４に記載の手術用観察装置。
（付記項１６） 前記調整手段は光源側に設けられた撮像素子への光量を一定に保つ光量調節手段であることを特徴とする付記項１４に記載の手術用観察装置。
【０１０３】
【発明の効果】
本発明によれば、視野移動のために鏡体部を動かしても術者の観察位置及びアイポイントが変わらないため、術者の楽な姿勢で手術を行うことができ、術者の疲労を大幅に軽減することができる。更に、入力手段によって制御手段による制御を選択する信号を入力し、制御手段によって表示部の移動に伴い鏡体部を移動させる制御または表示部のみを移動させる制御を行うことにより、術者が表示部のみの移動及び表示部に連動して鏡体部を移動する操作を適宜選択できるようにして、操作性が高く、観察の自由度も高くすることができる。そのため、手術が効率的に行えるため、手術時間の短縮により、患者の負担も大幅に軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態における手術用観察装置全体の概略構成図。
【図２】 第１の実施の形態の手術用観察装置の鏡体部を示す概略構成図。
【図３】 第１の実施の形態の手術用観察装置の接眼鏡筒を示す概略構成図。
【図４】 第１の実施の形態の手術用観察装置の要部の概略構成図。
【図５】 第１の実施の形態における制御ユニットの接続状態を示す概略構成図。
【図６】 本発明の第２の実施の形態における手術用観察装置の鏡体部の支持機構を示す概略構成図。
【図７】 第２の実施の形態における手術用観察装置の接眼鏡筒の支持機構を示す概略構成図。
【図８】 第２の実施の形態における手術用観察装置の要部の概略構成図。
【図９】 本発明の第３の実施における形態の手術用観察装置の鏡体部の支持機構を示す概略構成図。
【図１０】 第３の実施の形態における手術用観察装置のヘッドマウントディスプレイの装着状態を示す概略構成図。
【図１１】 第３の実施の形態における手術用観察装置の要部の概略構成図。
【符号の説明】
２…操作アームユニット（支持手段）、１１…鏡体部、１２…接眼鏡筒（表示部）、１６…対物レンズ、１９ａ，１９ｂ…結像レンズ、２０ａ，２０ｂ…撮像素子（撮像手段）、２２ａ，２２ｂ…ディスプレイ（表示手段）、２５，７０…第１のスイッチ（動き制御手段）、２６，７１…第２のスイッチ（動き制御手段）、３３…フットスイッチ（動き制御手段）、５１…鏡体部支持機構（支持手段）、５２…接眼鏡筒支持機構（支持手段）。
Claims (5)
- 対物レンズと結像レンズを有する光学系と、この光学系による観察像を撮像する撮像手段と、この撮像手段で撮像した観察像を表示する表示手段とを有する手術用観察装置において、
前記光学系及び前記撮像手段が組み込まれた鏡体部と、
前記表示手段を有する表示部及び前記鏡体部を別体に支持する支持手段と、
前記表示部の移動に伴い前記鏡体部を移動させる制御または前記表示部のみを移動させる制御を行う制御手段と、
前記制御手段による制御を選択する信号を入力可能な入力手段と、
を有することを特徴とする手術用観察装置。 - 前記入力手段は前記表示部に設けられていることを特徴とする請求項１記載の手術用観察装置。
- 前記支持手段は、前記鏡体部を支持する鏡体部支持手段と、前記鏡体部支持手段の一部を共有して前記表示部を支持する表示部支持手段と、を有していることを特徴とする請求項１記載の手術用観察装置。
- 前記支持手段は前記鏡体部を移動可能に支持する鏡体部支持手段及び前記鏡体部支持手段と独立し前記表示部を移動可能に支持する表示部支持手段とからなり、前記表示部支持手段に設けられた表示部の位置を検出可能な位置検出手段と、
前記位置検出手段の出力に応じ、前記表示部の移動量に応じて前記鏡体部の移動を行うように前記鏡体部支持手段を駆動制御可能な演算手段と、
を更に有することを特徴とする請求項１記載の手術用観察装置。 - 前記位置検出手段は前記鏡体部と前記表示部の相対的位置を判別するための測定手段を有していることを特徴とする請求項４記載の手術用観察装置。
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